220kV智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

王美平

摘要：智能即為人性化，是通過對人類意識和思維過程的模擬，達(dá)到像人類在調(diào)節(jié)一樣的效果。在人工智能發(fā)展的大環(huán)境下，智能變電站得到了越來越廣泛的應(yīng)用，與人們的生活生產(chǎn)息息相關(guān)。繼電保護(hù)系統(tǒng)是在智能變電站發(fā)生故障或異常時，自動切除故障設(shè)備或通知人員對故障進(jìn)行消除的系統(tǒng)，保障著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：220kV;智能變電站;繼電保護(hù)系統(tǒng);可靠性

一、智能變電站的概念

想要提升變電站的信息傳遞、信息收集以及信息處理等功能，在智能變電站之中需要建立安全可靠的信息處理系統(tǒng)。通過在此方面運用比較先進(jìn)的計算機技術(shù)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以在一定程度上保障網(wǎng)絡(luò)信息在傳遞以及運輸?shù)倪^程之中更加順暢、高效。除此之外，在智能變電站之中運用這些技術(shù)一方面可以保證變電站設(shè)備的智能化水平，另一方面可以更加突顯網(wǎng)絡(luò)信息的優(yōu)勢，從而進(jìn)一步更好的控制此系統(tǒng)的配電裝置。智能變電站有兩方面的突出特征，其一是一次智能化，其二是二次智能化。它的突出特征可以有效的降低智能變電站在運營方面的費用，更好的節(jié)約成本，從而逐步提升變電站在送電方面的效率。智能變電站通過比較先進(jìn)的智能化工作管理模式，在一定程度上逐步克服了以往變電站中互感器的飽和現(xiàn)象。智能變電站不會出現(xiàn)交直流串?dāng)_等電磁兼容問題，解決了以往的這個難題。它的應(yīng)用極大的改變的傳統(tǒng)的變電環(huán)境，進(jìn)一步在電力系統(tǒng)運行方面的穩(wěn)定性得到更好的提升。智能變電器有變電間隔層、變電過程層、以及變電站控層三部分構(gòu)成。變電站控層與變電間隔層在數(shù)據(jù)控制方面可以實現(xiàn)共享，從而在信息處理方面起到優(yōu)化作用。

二、GO法的基本原理

GO法是一種將成功作為目標(biāo)的，從事件源頭經(jīng)過一個由系統(tǒng)工程圖直接推導(dǎo)而來的GO模型的計算來確定該系統(tǒng)某些概率的可靠性分析方法，主要應(yīng)用于具有復(fù)雜時序和可修復(fù)系統(tǒng)。GO圖是由表示具體單元的操作符和連接操作符的信號流組成。GO法理論定義了17種操作符，每種操作符所代表的意義不同，其含義可以參考文獻(xiàn)。GO法利用推導(dǎo)出的GO模型和這些不同的操作符計算規(guī)則實現(xiàn)系統(tǒng)的各種可靠性指標(biāo)分析。在進(jìn)行可靠性定量計算時基于組合狀態(tài)的聯(lián)合概率的計算方法比較繁瑣，因此目前GO法定量計算中大多采用操作符的狀態(tài)概率公式法。

在GO模型中往往存在一種輸入信號，它至少同時連接著兩個或者兩個以上操作符，這種輸入信號被定義為共有信號。共有信號的存在加劇了狀態(tài)概率公式法的計算難度。因此，下面對具有M個輸入信號其中含有這種共有信號的系統(tǒng)的概率計算進(jìn)行推導(dǎo)簡化。首先系統(tǒng)中僅含有一個共有輸入信號S時，可以通過一次函數(shù)構(gòu)造法來確定輸出信號R的狀態(tài)累積概率為

（1）

式中：PS和PR分別是共有信號S和輸出信號R的狀態(tài)累積概率;P′R和P″R分別是共有信號S故障（PS=0）和成功（PS=1）狀態(tài)下的概率。

當(dāng)系統(tǒng)中含有N個共有輸入信號Sn（1≤n≤N）時，將這些共有信號的狀態(tài)累積概率定義為PSn。進(jìn)行概率計算時需要對多個操作符進(jìn)行逐次計算，則此時就會出現(xiàn)共有信號的高次項，為了簡化計算可以用其一次項來代替：

（2）

式中：Kn是布爾型變量系數(shù)，當(dāng)Kn=0時表示共有信號Sn為故障狀態(tài)，當(dāng)Kn=1時表示共有信號Sn為成功狀態(tài);PRK1K2…KN表示輸出信號R在N個共有信號特定狀態(tài)下的狀態(tài)累積概率。

三、提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的措施

（一）可靠性指標(biāo)的選擇

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于可修復(fù)系統(tǒng)，本文選取可靠度、平均失效時間（MTTF）和可用度3個指標(biāo)來評估繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。繼電保護(hù)系統(tǒng)中用到的設(shè)備在其固有壽命周期內(nèi)的故障概率和修復(fù)概率都可以通過以往定期檢修數(shù)據(jù)統(tǒng)計后得到。由于智能變電站投入運行的時間比較短，相應(yīng)設(shè)備缺乏長期運行統(tǒng)計信息，故采用文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)信息，所有設(shè)備的修復(fù)率均采用365次/年。由于設(shè)備在繼電保護(hù)系統(tǒng)中所處的位置不同，當(dāng)其發(fā)生故障后對保護(hù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)影響情況也不同。表1給出了各設(shè)備可靠性參數(shù)。

表1 各設(shè)備可靠性參數(shù)

（二）變壓器繼電保護(hù)配置措施

由于電力系統(tǒng)的電壓是額定的，即當(dāng)電壓出現(xiàn)過低或者過高時，都會致使配電系統(tǒng)的運行受到較大的影響。智能型變電站在電壓的控制中，主要通過變壓器來實現(xiàn)，為此，其是非常關(guān)鍵的保護(hù)設(shè)施。當(dāng)變壓器在發(fā)揮保護(hù)作用的過程中，通常會運用分布配置的方式來實現(xiàn)，以此實現(xiàn)對變壓器的保護(hù)，并能夠?qū)Σ顒永^電保護(hù)，而在對變壓器后備實施有效保護(hù)期間，通過集中配置的方法，還能夠?qū)崿F(xiàn)安裝技術(shù)的獨立化，以此達(dá)到非電量的繼電保護(hù)，但在連接斷路器與電纜之后，即可較好的發(fā)揮繼電保護(hù)效果，促使其可靠性得到顯著提升。

（三）做好過程層的繼電保護(hù)

過程層的繼電保護(hù)主要是通過對電力系統(tǒng)中母線、變壓器和配電線路等進(jìn)行保護(hù)，實現(xiàn)降低電力系統(tǒng)運行風(fēng)險，對電力調(diào)度系統(tǒng)實施必要的保護(hù)，進(jìn)而實現(xiàn)保障電力系統(tǒng)安全運行的目的。通常來說，繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能保證電力系統(tǒng)在發(fā)生波動時，保護(hù)定值穩(wěn)定，從而保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。但是，在智能變電站中存在著大量一次設(shè)備的應(yīng)用，在此過程中，應(yīng)注意開關(guān)與硬件的分離，保證開關(guān)和硬件的相對獨立性，進(jìn)而對變電站母線和輸電線路實施保護(hù)。在實際的繼電保護(hù)工作中，可以通過多段線路保護(hù)的方式對智能變電站母線和變壓器保護(hù)進(jìn)行定義。在變電站主站采樣的同時，進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的實時調(diào)整，保證采樣數(shù)據(jù)的適用性和可靠性。

（四）加強可視化技術(shù)的應(yīng)用

在智能變電站中，為了能夠更好地提升繼電保護(hù)的可靠性，通常情況下，需要對其存在的故障進(jìn)行有效的處理。盡管當(dāng)前已經(jīng)處在一個信息化技術(shù)的時代下，但在繼電保護(hù)故障的監(jiān)測與分析處理過程中，仍然采取的是較為傳統(tǒng)的表格、數(shù)據(jù)等方式來實現(xiàn)。為此，在變電站中積極引入可視化技術(shù)是非常有必要的。通過可視化技術(shù)的應(yīng)用，可更好地實現(xiàn)對變電站信息故障的收集和分析。智能化電網(wǎng)在運行過程中，非常容易因信息傳輸而發(fā)生故障，為此，在對錯誤信息進(jìn)行排查期間，必須對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行有效保護(hù)，同時在對裝置進(jìn)行啟動時，其所形成的中間節(jié)點文件與故障波形基本一致，為此，在出現(xiàn)故障時，通過對中間節(jié)點文件記錄信息的收集可實現(xiàn)對故障波形的有效掌握，這就能夠為工作人員提供最直接有效的排查信息，同時還能夠結(jié)合故障提出更具有針對性的措施。

（五）優(yōu)化系統(tǒng)的冗余性設(shè)計

在繼電保護(hù)過程中，系統(tǒng)冗余的優(yōu)化能更大程度地避免系統(tǒng)錯動和拒動問題的出現(xiàn)，進(jìn)而促進(jìn)系統(tǒng)的可靠性。繼電保護(hù)系統(tǒng)的冗余性增強可以從以下2個方面著手：（1）利用以太網(wǎng)交換機中的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)實現(xiàn)變電站自動化實時監(jiān)控;（2）根據(jù)變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的需求的不同，基于總線結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)這3個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點進(jìn)行合理選擇應(yīng)用?？偩€結(jié)構(gòu)可以有效地減少接線，但同時冗余性有待提高，在使用中對時間長度的要求較大;環(huán)形結(jié)構(gòu)由于其環(huán)路上的任意點都能提供冗余，冗余性較好，但是收斂時間較長，對系統(tǒng)的重構(gòu)影響較大;而星型結(jié)構(gòu)的特點是等待時間短、沒有冗余度，其可靠性比較低。針對3種結(jié)構(gòu)的不同特點結(jié)合自身需求進(jìn)行合理選擇，才能提高變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

四、結(jié)論

為了提升繼電保護(hù)的可靠性，維修人員必須充分了解智能變電站繼電保護(hù)的各方面情況及需求，并采取有效措施。

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