智能變電站繼電保護系統可靠性分析

湯軍（國網合肥供電公司，安徽省合肥市230022）

智能變電站繼電保護系統可靠性分析

湯軍（國網合肥供電公司，安徽省合肥市230022）

隨著智能變電站技術的推廣應用，智能變電站繼電保護可靠性問題成為目前關注的焦點。智能變電站繼電保護，能夠將原來獨立繼電保護裝置的實際功能分解在不同的IED中，在這樣的背景下，使得影響繼電保護可靠性的因素復雜化。為此，本文立足于智能變電站的繼電保護系統，分析保護機制的可靠性。

智能變電站；繼電保護系統；可靠性；分析

前言

繼電保護是電網安全穩定運行的最重要的防線，其在系統發生故障時能否實現可靠的動作，以及非故障時可靠不動作將對人身安全、設備安全產生著直接的影響。隨著智能變電站的推廣范圍逐漸擴大，每年都有大量的智能化變電站投運應用，那么如何對智能變電站繼電保護系統進行準確的可靠性評估，一直是繼電保護工作中所面臨的難題和研究的重點。

1 智能變電站繼電保護系統的組成

1.1 電子式互感器

電子式的互感器是智能變電站繼電保護系統中的重要組成部分，傳統的互感器一般為電磁結構，電磁式互感器不能應對數字化的電氣量測系統發展。因此采用電子式的互感器，該種新型的電子互感器與傳統的互感器相比具有家較好的是故障檢測準確性，從性能上能夠提升是保護裝置的正確動作率，實現電網系統的穩定運行。從經濟效果上分析，電子式互感器能夠利用光纜取代電纜，使得絕緣結構更加的簡單化。從設備的發展性上進行分析，電子式的互感器能夠提供數字量的輸出，實現二次設備系統集成，促進變電站實現智能化［1］。

1.2 合并單元

在電子式互感器傳來系統采樣信息后，合并單元將采樣信息進行科學的組合，以特定的數據格式，將采樣信息傳輸到保護裝置中。現如今，合并單元已經能夠成為智能變電站保護系統中必不可少的重點環節。合并單元的作用突出，一方面能夠有效的避免互感器與保護裝置之間的接線復雜，另一方面有效的減少人力和物力之間的成本，保障電力系統中的二次設備之間實現有效的數據共享［2］。

1.3 交換機

交換機是智能變電站繼電保護系統中的核心部件，在繼電保護系統中，以交換機為核心設備的以太網能夠將傳統的保護系統代替，繼電保護裝置是變電站的大腦，交換機是智能變電站的中樞神經。在數據傳輸環節中，交換機的主要功能夠建立在通信通道基礎上，實現數據幀的交換。

1.4 智能終端

在電網電力系統中，經常會出現很多故障，為了實現故障檢修，需要引入d智能終端。智能終端的出現能夠對系統斷路器設備內部的電、磁、溫度、機械等狀態進行檢測。該種基于智能終端的檢測，其故障預防性能比較高，實現系統的智能化控制。一般情況下，智能終端一方面能夠接收保護裝置傳來的跳合閘命令，另一方面也能夠將斷路器的實時信息傳遞到站控層。

2 智能變電站繼電保護系統的可靠性計算

2.1 主變保護的可靠性

在主變保護與智能終端、合并單元中所采用的組網方式，通過GOOSE網絡采集開關量信息，以及傳輸跳閘命令。并且通過SV網絡進行采樣信息的傳輸。在智能變電站中，進行主變壓器的保護，為了實現智能變電站的繼電保護，需要在智能化中系統中，采用保護測控一體的裝置，一方面能夠提升裝置的整體可靠性，另一方面能夠為系統保護啟動提供科學的依據。主變保護組網方案中的可靠性框圖如圖1。

圖1 主變保護組網方案中的可靠性框圖

2.2 線路保護和母聯保護的可靠性

在進行線路保護和母聯保護的可靠性進行分析環節中，需要進行線路保護的組網方案設計。以數字化的線路保護裝置為例進行分析，數字化的線路保護裝置和傳統的裝置相比，其在系統中的應用，開關量和模擬量的獲取都需要通過光線以太網的通信方式來獲取。目前，在智能變電站中的繼電保護中，組網的采樣值的光纖接口為SV接口，其跳閘輸出和開關量輸入需要共用一個GOOSE口。數字化的線路保護不僅能夠滿足線路兩端的數字化需求，還能夠與傳統線路保護相互配合，完善光纖縱差保護功能［3］。

2.3 母線保護的可靠性

在母線保護的組網模式中，各個間隔的智能終端能夠向系統提供刀閘位置，并且通過GOOSE網絡，將信號傳遞到母差保護裝置中。在該組網模式中，需要采用保護與合并單元聯合的方式，通過IEC61850-9-2協議，進行網絡信息采集。主變保護和220V線路保護的網絡配置相同，由于主變保護需要連接35kV、110kV、220kV側的斷路器操作箱，其單元的數目比較多，主變保護可靠性有所降低。

3 提升智能變電站繼電保護系統可靠性的建議

3.1 環形網絡結構母線保護組網方案

提高智能變電站繼電保護系統的可靠性，需要根據實際的系統需求，采用環形結構的母線保護組網方案。從母線保護組網模式中可知，各個間隔智能終端所能夠提供的刀閘位置等遙信需要通過GOOSE網絡，將信號輸送到母差保護裝置中。對于采樣值組網方式，間隔單元的數據，需要送到母差保護裝置中，母差保護動作出口的GOOSE通過相應的網絡，發送到各個間隔的智能終端中。在這樣的組網方式下，母差保護裝置的容量受到一定的限制，過程層交換機所能夠承擔的報文流量增加。當單臺的交換機接入單元的數量增加時，會使得系統中的可靠性逐漸降低。

3.2 智能變電站繼電保護系統智能報警

當前，智能化的變電站中，實現繼電保護，需要對變電站中的故障進行預警、檢測以及報警。其中智能報警工作比較重要。實現變電站的智能報警，主要分為以下幾個環節：

（1）當智能變電站中出現故障時，繼電保護裝置能夠對站內的數據信息進行總結。同時智能報警系統還需要對站內的實時數據、警告信息、應用信息以及設備故障信息進行相應的數據信息收集與處理。

（2）電網故障的初步診斷。在電網系統中出現問題時，需要對其進行故障初步判斷，在實際判斷環節，對智能變電站系統數據進行對比，并提供出比較詳細的故障報告。然后根據故障管理經驗，在實際的智能變電站運行中，需要對變電站的報警信息進行分類，主要可以分為事故信息、變位信息、越位信息、系統異常信息等。

（3）系統的跳閘保護，當系統開關處于打開狀態中，保護裝置跳閘，信息能夠對電網裝置問題進行反饋。系統異常信息是指，當系統不運行時進行報警。變位信息是指，通過系統中開關的變換情況來反映出電網的實際工作狀態。

3.3 智能變電站繼電保護內容

在電網電力系統中，應對電力系統的故障，需要強化電力系統繼電保護作用。在電網系統變壓器設備安裝之后，需要對設備進行保護，繼電保護能夠對變壓器進行兩方面的保護：

（1）進行變壓器故障的瓦斯保護，系統中的絕緣材料在與油箱說中的油相互作用下，產生有害氣體，因此需要對變壓器進行瓦斯保護。一旦變壓器油箱出現問題時，繼電保護系統就作出反應，并在電力系統中發出報警。

（2）短路保護。當故障電路中的阻抗元件在運行一段時間之后，就會出現跳閘的現象，進而實現變壓器中的短路保護。繼電保護實利用阻抗元件中的阻抗原理，對電網電路進行保護。

4 結論

本文中對智能變電站繼電保護系統組成進行分析，分別從電子式互感器、合并單元、交換機、智能終端等多個角度分析繼電保護的組成。然后研究智能變電站的繼電保護可靠性計算，分別進行主變保護、線路保護以及母線保護的可靠性分析。最后針對智能變電站繼電保護現狀，提出合理的建議。綜上所述，通過對智能變電站繼電保護系統的分析研究，有效提升了智能變電站繼電保護的可靠性，促進電網系統運行，滿足社會發展需求。

［1］王超，王慧芳，張弛，劉瑋，李一泉，何奔騰.數字化變電站繼電保護系統的可靠性建模研究［J］.電力系統保護與控制，2013，03：8～13.

［2］谷磊.智能變電站繼電保護可靠性研究［D］.廣東工業大學，2014.

［3］景琦.智能變電站繼電保護可靠性評估［D］.華北電力大學，2015.

TM63

A

2095-2066（2016）30-0075-02

2016-10-10