智能變電站可靠性分析

張秋麗（國網湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南　岳陽　414000）

?

智能變電站可靠性分析

張秋麗（國網湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南岳陽414000）

本文深入分析了智能變電站的特點、可靠性模型以及繼電保護的可靠性分析。希望能夠對讀者提供一些借鑒和參考。

智能變電站；特點；可靠性；分析

1　前言

隨著經濟的不斷發展和進步，對電力資源的需求量也在不斷增加。變電站是電力穩定的重要設備，保證變電站的可靠性更是電力生產的基礎。

2　智能變電站技術特點

2.1高度可靠性

高度可靠性是電網設計中的應用智能變電站技術的最基本要求。不僅要求變電站本身及其設備具有高度可靠性，還要求變電站具備自我診斷和治愈功能，并能夠提前防范設備故障，在故障發生時迅速做出反應，有效減少故障造成的供電損失。

2.2強大的交互性

智能變電站技術要為智能電網提供準確、可靠、完整、實時信息。為了滿足電網的控制和運行需要，智能變電站要及時采集數據信息并實現全站共享，與電網的高級應用程序互動，為智能電網運行的安全可靠經濟提供基本保障。

2.3高度集成

智能變電站技術與計算機技術、現代通信技術、電力電子技術和傳感測量技術等進行高度融合，兼容虛擬電廠和微網技術，能夠簡化智能變電站的數據采集方式，形成統一的信息支持平臺。

2.4信息互動化

順序控制：其主要功能是實現變電站的就地順序控制以及遠程監控，主要包括實現間隔層設備的“運行、檢修、備用”狀態的轉換、雙母線倒閘操作、變壓器各側跨電壓等級操作、開關柜運行操作等。電壓無功自動分析控制：結合應用調度、集控主站系統和變電站自動化系統，把各類節點參數進行處理，整合出VQC和AVC最優方案，最后再把方案反饋下發至變電站自動化系統，以實現無功調節命令。

3　站域保護系統可靠性模型

3.1站域保護子系統分類

由于站域保護系統由多個不同組件構成，為不失一般性且方便計算，在可靠性分析中，將保護系統分為采樣子系統、跳閘子系統、保護裝置子系統和對時子系統4個子系統。采樣子系統可靠性表示SV信息從合并單元（MU）經SV通信網絡至保護裝置入口的可靠性；跳閘子系統可靠性表示保護信息從保護裝置出口經GOOSE通信網絡至智能終端（ST）的可靠性；保護裝置子系統可靠性表示站域保護裝置本體的可靠性；對時子系統可靠性表示同步時鐘和對時鏈路的可靠性。鑒于對時子系統對站域保護的影響主要體現在采樣同步性方面，在實際可靠性分析中，可只考慮其對MU采樣同步的影響。

3.2站域保護系統整體可靠性模型

由于站域保護系統包含較多的二次組件和復雜的通信網絡結構，本文將利用故障樹結構函數建立站域保護系統的可靠性分析模型。故障樹是一種圖示模型，利用各種邏輯門來反映系統與組件的因果關系，即從頂事件出發，通過中間事件到各有關的基本事件有機地連成一棵倒置的事件樹。根據事件樹，可進一步建立整個系統的可靠性分析模型。

3.2.1采樣子系統和跳閘子系統

采樣子系統失效和跳閘子系統失效均將導致站域保護系統失效。保護的失效包括誤動失效和拒動失效2類特性，因此采樣子系統和跳閘子系統的可靠性分析也需分別考慮誤動可靠性和拒動可靠性。站域保護可獲取全站各間隔電氣量信息，因此具有一定的信息冗余度，通過合理的設計有助于改善在某間隔信息缺失或錯誤情況下的繼電保護性能，這也是站域保護相較于傳統保護的一大優點，在這方面已開展了相關的研究工作。例如，當一組電壓互感器（TV）斷線或SV失效，可由另一組TV的SV代替，無需閉鎖保護；在變電站正常運行條件下某間隔的電流互感器（TA）采樣信息發生錯誤時，可以結合其他線路的TA采樣信息，通過基爾霍夫定律檢測出該間隔的SV錯誤，并用由基爾霍夫定律得到的計算值代替該間隔的SV，從而使得站域保護做出正確的決策。當電網發生故障，且單間隔SV錯誤時，也可通過相關處理措施，保證保護動作的正確性。因此，采樣子系統的可靠性模型可采用表決門實現。

3.2.2通信子系統

SV網絡和GOOSE網絡的可靠性通過建立網絡的最小路集進行評估。網絡中能使源宿點連通的一組鏈路的集合稱為網絡的一個路集，如果某個路集中任意1條鏈路發生故障就會造成源宿點不能連通，則此路集是一個最小路集。最小路集中任一組件失效則此路集失效，所有最小路集失效，則該通信網絡失效。由交換機和光纖元件的失效機理可知，通信子系統故障即為拒動失效。因此，假設某一通信網絡的最小路集為個數為n，則該通信網絡的可靠性模型如圖1所示，其中SW、FI分別表示交換機和光纖。

圖1　通信網絡可靠性模型

3.2.3保護裝置子系統

站域保護系統的保護本體裝置包括電源供應元件（PSU）、通信功能元件（CU）、保護裝置內的中央處理器（CPU）、存儲器功能元件（MEM）4類主要功能元件。依照保護裝置硬件系統的構成特點，建立保護裝置誤動和拒動可靠性模型，如圖2所示。

圖2　保護裝置可靠性模型

圖2中QD表示啟動元件，ACT表示保護算法，二者與保護原理有關。保護裝置為雙重化配置，則保護裝置子系統只需任意1套保護裝置誤動則誤動失效，而保護裝置子系統拒動失效則需2套保護裝置同時拒動。在分析時，假設各模塊誤動失效和拒動失效率各占模塊失效率的50%。

3.2.4對時子系統

目前，智能變電站采用的對時方式主要有B碼對時和IEEE1588對時，其中B碼對時又可進一步分為單時鐘單鏈路、雙時鐘（主、備用時鐘）單鏈路和雙時鐘雙鏈路等不同模式，其中單時鐘單鏈路結構由于其可靠性較低，一般不適用于網采方式的站域保護。因此，主要針對雙時鐘單鏈路和雙時鐘雙鏈路的B碼對時方式，分析其對站域保護可靠性的影響。對時系統故障會使得MU采樣失步，一般處理措施是閉鎖相關保護，即對時系統故障一般不會造成站域保護誤動，但可能導致站域保護部分功能或全部功能失效而發生拒動，進而造成大范圍的停電事故。

4　智能變電站繼電保護系統可靠性分析

4.1變壓器配置保護

變電站配電過程中，電壓額度需要限定，電壓過載或是不足，就會對電力系統正常運行產生嚴重影響，電壓調節控制功能由變壓器系統完成，是變電站繼電保護系統重要對象之一，其正常運行是繼電保護系統功能實現的表現之一，因而是影響繼電系統可靠性的重要因素之一。為提升繼電保護系統可靠性，變壓器進行配電保護過程中，進行分布式配置，實現變壓器差動功能繼電保護。而其后備裝置的繼電保護，則采用集中式配置手段以降低系統復雜程度，避免降低保護系統可靠性。

4.2過流電壓限定保護

智能變電站運行中，受電流過載等外部因素影響，引發電流過負荷現象，過負荷電流雖在電流大小上與正常電流相比沒有較明顯差距，但是容易因發生外部故障導致跳閘的現象，降低了智能變電站繼電保護系統可靠性。配置中采用電壓限定延時方式，準確測量各變電線路中電流量，過負荷電流現象一旦發生，可以及時向智能終端發出警報并由智能系統執行保護命令，有效提升繼電保護系統可靠性。

4.3繼電保護系統線路保護

智能化變電站中，對線路的保護采用縱聯差動保護方式，通常主要的裝置方式分為集中式和后備式，通過合理的配置，使繼電保護功能更為有效地發揮出來。該部分的保護，是繼電保護系統的重要內容，它控制和保護各級電壓間的間隔單元，同時完成對電力系統運行狀態檢測控制，是提升繼電保護系統可靠性的有效方法。

5　結束語

綜上所述，我們要重視智能變電站的可靠性分析，采取有效的措施保證變電站的穩定運行，促進電力系統的持續優化進步。

［1］張沛超，高 翔.全數字化保護系統的可靠性及元件重要度分析［J］.中國電機工程學報，2015，28（1）：77～82.

［2］閻忠富.關于智能變電站繼電保護的可靠性探索［J］.科技視界，2015，16：250.

張秋麗（1984-），女，工程師，碩士研究生，主要從事電力系統繼電保護的工作。

TM76

A

2095-2066（2016）12-0068-02

2016-3-28