智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性探究

摘要：電力系統(tǒng)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，我國(guó)的電力系統(tǒng)努力建設(shè)智能化的電網(wǎng)系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展離不開智能化的電力設(shè)備。智能電力工程基于傳統(tǒng)變電站的繼電保護(hù)裝置，并在此基礎(chǔ)上采用自動(dòng)化信息技術(shù)，其結(jié)果是變電站實(shí)現(xiàn)了智能化的繼電保護(hù)，這便是繼電保護(hù)工作在智能變電站建設(shè)中的意義所在。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù);系統(tǒng)分析

1智能變電站的概念和特點(diǎn)

1.1智能變電站的概念

在智能變電站的建設(shè)過(guò)程中，現(xiàn)在采用的都是數(shù)字化處理，如信息的采集、處理、輸出等，數(shù)字化處理可以實(shí)現(xiàn)通信的網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)也可以使電力設(shè)備具有智能化性能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)行，具有統(tǒng)一的通信模型。智能變電站與傳統(tǒng)意義上的變電站是有本質(zhì)區(qū)別的，智能變電站的主要特點(diǎn)是智能化和網(wǎng)絡(luò)化，由于自動(dòng)化程度高，所以降低了建設(shè)成本。智能變電站改善了變電站的互感器飽和，同時(shí)也改善了傳統(tǒng)變電站交直流串?dāng)_和電磁兼容問(wèn)題，因?yàn)樵谥悄茏冸娬局幸昧酥悄軘嗦菲?、光電互感器和光纜。

1.2智能變電站繼電保護(hù)特點(diǎn)

建設(shè)智能電網(wǎng)，智能變電站的出現(xiàn)具有決定性的意義，引入智能變電站可以減少電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本。做為智能變電站中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，繼電保護(hù)非常重要，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式無(wú)法滿足智能變電站的運(yùn)行要求，必須要引入新的技術(shù)和工藝才能滿足智能變電站的需求。智能變電站需要特殊的繼電保護(hù)裝置，改進(jìn)的繼電保護(hù)裝置拓展了數(shù)據(jù)的提供途徑，隨之的設(shè)備安裝和維護(hù)技術(shù)也有了一定的改進(jìn)，操作繼電保護(hù)裝置的工程技術(shù)人員也要不斷提高相關(guān)的專業(yè)知識(shí)。智能變電站的繼電保護(hù)裝置具有更強(qiáng)的靈活性，要調(diào)試非常多的線路和設(shè)備，要掌握主要的調(diào)試操作要點(diǎn)，工程技術(shù)人員必須要熟練掌握繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)，要對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行了解，出現(xiàn)的狀況也要采用正確的調(diào)試方式，只有這樣才能保證繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置運(yùn)行正常了，智能變電站才能正常運(yùn)行。

2系統(tǒng)的可靠性分析

2.1分析方法

信息流能夠使智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)，在信息流通路順暢時(shí)就能夠?qū)⑿畔氖级税l(fā)往終端，繼電器的保護(hù)功能才能夠?qū)崿F(xiàn)，其中會(huì)影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素包含同步對(duì)時(shí)功能、SV報(bào)文和GOOSE報(bào)文信息回路的連通效果。

2.1.1參數(shù)的選擇。電網(wǎng)的一二次設(shè)備均在固定的時(shí)間進(jìn)行檢查，在維護(hù)過(guò)程中，系統(tǒng)的可靠性評(píng)估來(lái)源于元件故障信息的準(zhǔn)確性，可修復(fù)的元件在檢修維護(hù)的過(guò)程中將故障率和修復(fù)率視為常數(shù)即可。例如合并單元的故障率就為0.0067，交換機(jī)故障率為0.02。利用馬爾科夫鏈模式進(jìn)行分析，由于元件所處的環(huán)節(jié)不同，因此其故障的狀態(tài)也是有所不同的，例如合并元件和交換機(jī)元件在信息傳輸過(guò)程中出現(xiàn)丟失現(xiàn)象就會(huì)使保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生拒動(dòng)。分析時(shí)應(yīng)該將元件的失效狀態(tài)進(jìn)行細(xì)分，大致可以分為兩種，分別是誤動(dòng)和拒動(dòng)，之后根據(jù)二者的概率進(jìn)行計(jì)算即可。

2.1.2框圖法。在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的分析過(guò)程中，框圖法較為直觀清晰，這種方法對(duì)于元件比較少的系統(tǒng)用較為合適，可以根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行框圖的繪制，通過(guò)框圖及元件的狀態(tài)和系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行描述，框圖可以計(jì)算出系統(tǒng)中不同元件的不同狀態(tài)的概率。對(duì)于含有多個(gè)獨(dú)立分散的原件的保護(hù)系統(tǒng)，其中元件之間的維修狀態(tài)也是具有獨(dú)立性的，例如，可以將元件1的正確動(dòng)作的概率記為P1，將元件2的正確動(dòng)作的概率記為P2，根據(jù)改路的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算即可。

2.2分析應(yīng)用

2.2.1主變保護(hù)的可靠性分析。在主變保護(hù)的組網(wǎng)方案之中，主變保護(hù)和智能終端的合并單元就是依靠組網(wǎng)的方式進(jìn)行連接，通過(guò)保護(hù)GOOSE的網(wǎng)絡(luò)信息采集對(duì)傳輸跳閘發(fā)出指令，通過(guò)采用SV網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟芍禈有畔?duì)變電站的主變壓器進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)采用保護(hù)控測(cè)一體裝置可以充分發(fā)揮智能變電站的智能化系統(tǒng)，保護(hù)裝置一般包含保護(hù)CPU和測(cè)控CPU兩種，保護(hù)啟動(dòng)判斷的輔助依據(jù)就是測(cè)控采樣，還可以從整體上保護(hù)可靠性。

通過(guò)最小路集法可以得出主電保護(hù)的不可用度為1-A=8.8812×10-9。

2.2.2線路保護(hù)的可靠性分析。數(shù)字化線路的保護(hù)裝置的開關(guān)量和模擬量是以光纖通過(guò)太網(wǎng)獲取的，采樣值的光纖接口和開關(guān)輸入量的光纖接口是獨(dú)立的設(shè)置，跳閘輸出和開關(guān)量的接口通常是一個(gè)，數(shù)字化線路的保護(hù)可以通過(guò)線路兩端和傳統(tǒng)的線路保護(hù)進(jìn)行配合，完成縱差保護(hù)。

通過(guò)最小路集法和不交化算法可以得出線路保護(hù)的不可用度為1-A=4.9492×10-9。

3提升可靠性的措施

3.1太網(wǎng)冗余法

3.1.1太網(wǎng)的控制要求。在IEEE802.3x全雙工模式下，通過(guò)交換機(jī)發(fā)出指令使數(shù)據(jù)源暫停發(fā)送，再利用控制數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的傳遞可以避免數(shù)據(jù)丟失。IEEE802.1p優(yōu)先排隊(duì)技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在擁堵的情況下，數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先傳輸。IEEE802.1Q虛擬局域網(wǎng)技術(shù)，可以將IED劃分到虛擬局域網(wǎng)之中。IEEE802.1w快速生成樹協(xié)議不像從前的IEEE802.1D生成樹協(xié)議需要大約一分鐘的時(shí)間才能重新將發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架定義，這種快速生成樹協(xié)議可以將時(shí)間大大縮減。最后的要求是診聽(tīng)過(guò)濾技術(shù)，它允許對(duì)GOOSE信息幀進(jìn)行過(guò)濾，然后將信息傳遞給IED。

3.1.2網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架。（1）總線結(jié)構(gòu)。總線結(jié)構(gòu)中的交換機(jī)通過(guò)端口與其它的交換機(jī)相連，上端口的速度一般比IED端口的速度快，系統(tǒng)的最大延時(shí)決定了交換機(jī)的最大數(shù)量，這種結(jié)構(gòu)的接線較少但是冗余度差。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)的交換機(jī)可以形成閉環(huán)，對(duì)于連接點(diǎn)的故障可以提供足夠的冗余度，信息在傳遞過(guò)程中會(huì)消耗寬代，應(yīng)用的內(nèi)部具有管理交換機(jī)，生成樹可以發(fā)出指令，交換機(jī)便檢測(cè)環(huán)路，信息在環(huán)路中就不會(huì)流動(dòng)。（3）星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)具有等待的時(shí)長(zhǎng)較短的特點(diǎn)，主交換機(jī)在連接其他交換機(jī)的時(shí)候系統(tǒng)的等待時(shí)間會(huì)減少，但是星型結(jié)構(gòu)沒(méi)有冗余度，在發(fā)生故障時(shí)就會(huì)產(chǎn)生遺失所有的IED信息，從而降低可靠性。

3.2環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法之中，刀鬧位置信信息經(jīng)由各間隔智能終端提供，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到母差保護(hù)裝置。根據(jù)采樣值組網(wǎng)方式，各間隔合并單元的數(shù)據(jù)同樣傳輸?shù)侥覆畋Ｗo(hù)的裝置上。母差保護(hù)動(dòng)作的出口信息，發(fā)送給各間隔智能終端之后，母差保護(hù)裝置的容量會(huì)受到限制，主要原因是網(wǎng)絡(luò)報(bào)文流量的大小不定。有的時(shí)候，過(guò)程層的交換機(jī)會(huì)承擔(dān)較大量的報(bào)文，單臺(tái)的交換機(jī)接入的單元信息數(shù)量嚴(yán)重超出就會(huì)導(dǎo)致其可靠性較低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以將裝置或者交換機(jī)的光纖口進(jìn)行設(shè)置。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)站的繼電保護(hù)系統(tǒng)有所不同的是，智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性有下降趨勢(shì)，智能變電站的線路保護(hù)和主變保護(hù)問(wèn)題，可以采用直采直跳的模式，在采用對(duì)時(shí)源時(shí)，不可采用外部對(duì)時(shí)源，通過(guò)詳細(xì)的分析得出智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性極其重要。

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作者簡(jiǎn)介;劉偉（1989.09），性別：男;籍貫：天津?qū)幒?民族：漢;學(xué)歷：研究生、碩士;職稱：中級(jí)工程師;研究方向：變電站繼電保護(hù)。