電力系統繼電保護及自動化裝置可靠性研究

摘 要：隨著電網建設的逐步發展，智能電網已經成為目前電力系統主要的電網形式，在智能電網中，電力系統的繼電保護能夠實現自動化。本文在對智能電網進行研究中，對繼電系統和其自動化裝置進行了分析和設計，并借助真實模擬實驗的方式，對繼電保護自動化的使用效果和可靠性進行了詳盡的評估，保證智能電網運行的高效性和安全性。

關鍵詞：電力系統；智能電網；繼電保護自動化；變電測試

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.151

0 前言

與傳統電網建設不同，現代智能電網的建設主要依靠智能變電站的自動化技術來實現，其中包括自動化的一次設備以及數字信息化的站內建設，并借助信息通信技術實現標準共享。在智能電網當中，繼電保護系統主要由電子室互感器以及智能終端共同工作完成交互，其中超高速的網絡通信借助平臺優勢能夠取代傳統的二次光纜進行信息交互，從而滿足現代繼電保護的應用需求。

1 繼電保護自動化的可靠性試驗

1.1 繼電保護自動化試驗的測試裝置

在開展繼電保護自動化可靠性試驗之前，首先需要針對智能電網中繼電保護自動化的特點進行測試裝置的設計。本文在進行裝置設計時，根據所對應的繼電保護自動化系統，將測試分為了若干個功能模塊，使其與繼電保護的工作模式進行一一對應。具體來說，在測試裝置當中，首先需要包括一次仿真的測試，一次仿真的測試主要集中在對變電站中一次系統的仿真計算，通過對仿真數據的實時輸出，來獲取報文并進行解析，測試裝置在借助變位信號，進行一次拓撲。此外，在裝置當中，還應當具備維護模型的模塊，進行測試時，模塊能夠對一次系統當中所出現的模型進行實時仿真，并提供安全隔離模型以及全站數據模型等具體模型。在測試裝置中，還具有SCD解析模塊，能夠對變電站中全站的模型數據進行SCD解析[1]。而且，測試裝置所擁有的二次異常診斷還能夠及時發現繼電保護系統運行過程中出現的二次異常工況，利用逐項提供解決應對策略的方式解決異常問題。

1.2 繼電保護自動化試驗測試方法

在完成了測試裝置的設計之后，本文根據繼電保護運行條件，開展了自動化可靠性的測試。首先進行了一次仿真算法的測試，在測試當中，根據以往的工作經驗，主要測試對象為潮流計算、短路計算和輸出值計算等具體方面。短路計算選用了疊加法，通過對繼電保護正常運行狀態下的網絡短路情況，推定出短路電流作為恒定的電流源，再將恒定電流源與無源網絡進行結合，描述此時的網絡狀態。隨后，通過對稱分量法對輸出值進行計算，將二者相加最終獲得短路出現時繼電保護系統的網絡狀態。其次，本文還進行了有關繼電保護的功能閉環試驗，用以仿真測試繼電保護在電網運行狀態下的報文指令情況。在測試裝置之中，可以通過仿真數據模型生成傳達至整個變電站的sv報文，同時還能夠對繼電保護系統提供的goose報文進行接收。

在測試時，測試裝置首先發布sv報文，隨后獲取goose報文，通過解析手段，對goose報文當中關于跳閘等指令性命令進行提取，并以此作為修改一次仿真的模型拓撲。緊隨其后，測試裝置還需要對發出goose報文時繼電保護裝置的電流數值、電壓數值等具體數值進行重新的仿真計算，最終以sv報文的方式傳回至幾點保護系統之中。第三，測試裝置，還需要針對智能電網當中的繼電保護系統進行故障定位測試，從而判斷繼電保護系統是否能夠對電網故障進行快速處理。在試驗當中，測試裝置主要通過兩個方面進行檢測，其中一種檢測方式是針對繼電保護系統所提交的goose報文進行檢驗，通過傳輸路徑的尋回策略，探尋到報文接收的具體位置。另一種方法則是利用信息流模型，借助端口連接、信息源位置的共同作用形成報文搜索，通過對傳輸路徑的搜索可以獲得設備的通信關系與設備之間的映射情況，最終獲得故障定位信息，了解繼電保護在面對電網故障時的處理情況。

2 繼電保護自動化裝置的可靠性評估

2.1 繼電保護自動化可靠性指標

在現代化的智能電網繼電保護當中，自動化的裝置所具有的可靠性一般是指構成原理和輸入特征量兩個方面，在前文的測試實驗之中，可以看出，在自動化的構成原理和輸入特征量的運行過程中，影響可靠性的主要問題集中在繼電保護成功率、繼電保護故障排查等幾個方面，其中，成功率指標是指在繼電保護過程中自動化裝置能夠完成試驗的成功幾率，繼電保護故障排查則是指繼電保護自動化系統對電網中存在的電力運行故障的準確無誤的判斷和對電網的保護的具體情況，這二者是目前在進行可靠性評估時所采用的重要指標[2]。通過試驗，可以對指標進行分析和打分，從而判斷在電網當中繼電保護系統是否具有滿足電力運行的可靠性。

2.2 繼電保護的風險點分析

與傳統的繼電保護相比，自動化的繼電保護系統一旦無法正常進行電力故障判斷，或在運行過程中存在嚴重故障，則會造成電力系統的風險，影響電力運行。因此在進行可靠性評估時，工作人員還應當對繼電保護系統可能存在的風險點進行詳細分析。本文所面對的智能電網系統中，繼電保護系統的風險點一般存在于采樣通道、額定延時等幾個方面，其中，某變電站所采用的雙AD通道在使用過程中，需要對電流和電壓等具體的信息進行通道采樣，并且保證數據之間存在的幅值差異不超過0.025，一旦喪失精度超過幅值標準就會出現保護誤動，影響電網運行。而額定延時的風險體現在自動化裝置的固有延時，一般單機裝置的延時需在1毫秒之內，聯機設備的延時也不應當超過2毫秒，在出現延時過高的情況時，自動化系統需要進行功能閉鎖。

3 結論

綜上所述，在智能電網時代，繼電保護系統所面對的挑戰更加嚴峻，為了能夠保障電網運行的高效和安全，電力工作者需要借助試驗裝置對繼電保護的自動化系統進行測試，從而對其可靠性進行評估。

參考文獻：

[1]張曉曄.淺析電力系統繼電保護設備及其自動化可靠性[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2017（10）：152-153.

[2]黃為婷.電力系統中自動化與繼電保護設備的可靠性[J].電子制作，2013（24）：246.

作者簡介：趙凱（1960-），男，本科，副教授，主要從事電力系統自動化方面的研究。