智能變電站繼電保護(hù)可靠性探究

張紹章

摘 要：信息化時代背景下，智能變電站技術(shù)憑借其自身強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。該技術(shù)不但能對繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，而且可以保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，在一定程度上推動了我國智能電網(wǎng)的發(fā)展。本文基于此，就智能變電站系統(tǒng)及其對繼電保護(hù)的影響進(jìn)行相關(guān)研討，旨在促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，以期為相關(guān)工作人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；可靠性

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言

近年來，伴隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，人們生活質(zhì)量水平顯著提高，在生產(chǎn)與生活中對電能的需求逐漸增加，使得電力系統(tǒng)的容量與供電范圍不得不改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。另外，在風(fēng)能與太陽能等多種新型能源普遍應(yīng)用的同時，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性特征更加突出。通過對繼電保護(hù)與自動化裝置的合理化使用，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行。但為不斷增強(qiáng)電力系統(tǒng)安全性，仍要以繼電保護(hù)裝置為基礎(chǔ)創(chuàng)建新型評價機(jī)制。由此可見，深入研究并分析電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)與自動化裝置的可靠性具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

智能化的變電站的一個重要表現(xiàn)就是斷路器可以通過接收跳閘信息和閉鎖信息對自身進(jìn)行操控，還會在這個過程中將開關(guān)部位信息收集起來并把信息幀傳到保護(hù)單元；相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)則發(fā)揮了傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的二次電纜的作用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善更新；交換機(jī)幫助信息實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)備中的共享，是合并單元和二次設(shè)備進(jìn)行信息傳遞的媒介；同步時鐘源的作用是幫助各個設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一對時。此外，繼電保護(hù)系統(tǒng)還要有對應(yīng)接口和通信介質(zhì)，其中，接口是通信介質(zhì)的重要組成部分。綜上，智能化的變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)共包括：斷路器、保護(hù)單元、交換機(jī)、合并單元、傳輸介質(zhì)、互感器、智能終端、同步時鐘源這八個模塊。智能化的變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)的模式主要為：第一，“直采直跳”的模式：包含母線、線路以及主變保護(hù)系統(tǒng)，通過光纖直連實(shí)現(xiàn)了跳閘和保護(hù)設(shè)備的采樣，但是只示意了和保護(hù)功能有關(guān)的部分支路和光纖鏈路；第二，“網(wǎng)采直跳”的模式：包括GOOSE和SV的獨(dú)網(wǎng)模式和GOOSE和SV的共網(wǎng)模式這兩種模式；第三，“直采網(wǎng)跳”的模式：通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)來保護(hù)設(shè)備的采樣以及跳閘；第四，“網(wǎng)采網(wǎng)跳”的模式：通過網(wǎng)絡(luò)思想的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行采樣和跳閘。

3 智能變電站技術(shù)對繼電保護(hù)的影響

3.1 對數(shù)據(jù)信息的影響

智能變電站系統(tǒng)對繼電保護(hù)中的影響具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息上。其中，繼電保護(hù)裝置中的數(shù)據(jù)傳輸工作受到智能變電站系統(tǒng)的影響具體體現(xiàn)在以下方面：第一，互感裝置的置換。傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中所使用的互感裝置主要為電磁互感式，其實(shí)際傳輸及調(diào)節(jié)也需要進(jìn)行進(jìn)一步的升級與優(yōu)化。當(dāng)前智能變電站系統(tǒng)則多用電子式互感裝置，并且該裝置在原有基礎(chǔ)上提升了頻帶寬度及響應(yīng)速度；第二，提升繼電保護(hù)裝置中的數(shù)據(jù)傳輸方式，并由現(xiàn)代二次信息網(wǎng)絡(luò)傳輸方式代替了原有電纜連接方式。例如：在將現(xiàn)代二次信息網(wǎng)絡(luò)傳輸方式進(jìn)行應(yīng)用的過程中，它能夠促進(jìn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、和智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)、自動和在線分析的高功能變電站形成。

3.2 繼電保護(hù)架構(gòu)

1）當(dāng)智能變電站技術(shù)運(yùn)行后，在一定程度上對繼電保護(hù)架構(gòu)調(diào)試與運(yùn)維影響，導(dǎo)致其架構(gòu)調(diào)試與運(yùn)維發(fā)生變化。智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，對于傳統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，要求運(yùn)維技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，有待改進(jìn)，只有對其進(jìn)行優(yōu)化升級，才能夠滿足智能變電站技術(shù)的發(fā)展需要。2）根據(jù)相關(guān)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站技術(shù)成功的實(shí)現(xiàn)了對二次系統(tǒng)的建模，致使變電站相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化建模?；诋?dāng)前的這種形勢下，如若該系統(tǒng)出現(xiàn)需要更換的設(shè)備，或者根據(jù)實(shí)際要求，需要對變電站進(jìn)行改建。則將會增加該系統(tǒng)更改數(shù)據(jù)庫文的難度，這也是當(dāng)前該系統(tǒng)面臨的主要難題。

4 提高變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性的措施

4.1 過程層的繼電保護(hù)

這一階段的保護(hù)重點(diǎn)應(yīng)該為迅速實(shí)現(xiàn)跳閘，保護(hù)變電站的變壓器、母線、輸電線路等設(shè)備，進(jìn)而最大限度地降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險。其中，對開關(guān)的保護(hù)要注意和硬件區(qū)分，進(jìn)行單獨(dú)的保護(hù)；輸電線路的保護(hù)可以通過開關(guān)電流的不同來實(shí)現(xiàn)，在調(diào)整中還可以利用主保護(hù)通信口來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電流的綜合掌控；對母線及變壓器的保護(hù)可以通過多端線路進(jìn)行保護(hù)。

4.2 增強(qiáng)繼電保護(hù)裝置可靠水平

若電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置在既定范圍內(nèi)發(fā)生故障，那么保護(hù)裝置并不會拒動。另外，在其他保護(hù)裝置發(fā)生拒動保護(hù)的情況下，保護(hù)裝置也不會發(fā)生誤動行為，因而可以確保保護(hù)裝置本身的可靠程度。要想全面提高設(shè)備運(yùn)行可靠水平，應(yīng)借助科學(xué)化計(jì)算方式完成可靠性計(jì)算任務(wù)，在指標(biāo)準(zhǔn)確且設(shè)備運(yùn)行正確率計(jì)算準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，對錯誤行為進(jìn)行排除。在配套繼電保護(hù)裝置方面，通?？梢詫ψ詣涌刂苹芈芳右岳茫M(jìn)而達(dá)到保護(hù)配套裝置的目標(biāo)，有效提升繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠程度。

4.3 提高系統(tǒng)冗余性

提高系統(tǒng)冗余性可以維護(hù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性和安全性，具體的措施為：利用以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)鏈的路層技術(shù)對變電站實(shí)時監(jiān)控；在三個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上形成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的需求，其中，總線結(jié)構(gòu)利用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳送，有減少接線的作用，但是冗余度比較差，所以在使用中，可以通過延長時間增加敏感度，提高冗余性；環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)路上的任何點(diǎn)都可以提供冗余，如果和以太網(wǎng)的交換機(jī)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合就可以形成樹協(xié)議，也可以提高繼電系統(tǒng)的冗余度，同時還可以在一定的時間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的控制，但是環(huán)形結(jié)構(gòu)使用時需要的收斂時間比較長，完成任務(wù)的速度比較慢，還會對系統(tǒng)重構(gòu)產(chǎn)生影響；星型結(jié)構(gòu)的等待時間比較短，所以適用于比較高的場合，不存在冗余度，其缺點(diǎn)是一旦主交換機(jī)的過程中有了故障，就會對信息傳送產(chǎn)生影響，可靠性相比下來就比較低，所以并不適合進(jìn)一步推廣普及。想要提高變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，就要提高系統(tǒng)冗余性，所以選擇繼電保護(hù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架就要注意結(jié)合實(shí)際情況，并對比不同架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而選擇出合適的架構(gòu)。此外，由于環(huán)形結(jié)構(gòu)自身的可靠性比較強(qiáng)，所以可以把環(huán)形結(jié)構(gòu)應(yīng)用于母線的保護(hù)裝置中，以增強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。環(huán)形結(jié)構(gòu)對母線的保護(hù)的可靠性高，可以滿足繼電保護(hù)系統(tǒng)對可靠性的要求，且對元件的損害比較小，所以更可以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

智能變電站作為智能電網(wǎng)重要組成部分，在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中，有助于保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而數(shù)字化繼電保護(hù)作為智能變電站的主要形式，在諸多方面優(yōu)越于傳統(tǒng)變電站，彰顯了智能變電站技術(shù)強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢。但是，智能變電站繼電保護(hù)裝置技術(shù)管理，是一項(xiàng)相對較為復(fù)雜化、系統(tǒng)化的工作。在實(shí)際的操作過程中，需要相關(guān)操作人員除了具備較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)水平以外，還需要結(jié)合實(shí)際情況，對智能變電站保護(hù)技術(shù)做出全面了解，掌握其具體的應(yīng)用流程，總結(jié)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。強(qiáng)化對智能變電站技術(shù)的應(yīng)用，才能夠促進(jìn)智能變電站繼電保護(hù)裝置應(yīng)用水平的全面提升。

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（作者單位：國網(wǎng)福建福安市供電有限公司）