智能變電站繼電保護系統可靠性分析

張瑜 國網重慶市電力公司合川供電分公司

一、智能變電站繼電保護系統工作原理

第一，繼電器線路中電流增大和短路，通常發生故障的電器元件與它直接相連的電源中間的線路會出現短路，電流增大的狀況，此故障會導致線路損毀；第二，電壓降低的故障，在發生相間短路與接地短路故障時，電源與用電器各點的相間電壓或相電壓值直線下降，而且越靠近短路位置，其電壓就越低；第三，電流與電壓的相位角發生偏差和一定幾率的變動。當繼電器正常工作時，電流與電壓之間相位角與負荷的功率因數角相同，一般為19°左右，三相短路時，電流與電壓之間的相位角就由線路的阻抗角決定，一般為59°～84°，然而，保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+（60°～85°）；第四，測量阻抗的變化，測量阻抗也就是測量點電壓除以電流的數值。系統正常工作過程中，阻抗數值為負荷阻抗。金屬性短路時，測量阻抗變化為線路阻抗，故障消失后，測量阻抗的值明顯減小，并且阻抗角也會隨之減小。

二、提升智能變電站繼電保護系統可靠性的策略

（一）通過數字化保障繼電保護的性能

重視互感器的傳輸性能，減少互感器故障，降低其他因素對繼電保護造成的影響。這能保證傳輸電氣量信息的真實性和有效性，同時提高繼電保護裝置的性能。合理利用數字化，通過數字化的組網方式分析和計算數據，可以有效提升數據的準確性，從而保證繼電保護的性能。

（二）提升繼電保護網絡的架構

總線結構中的交換機可以通過端口和其他交換機進行連接。一般情況下，IED端口的速度沒有上端口快，且交換機的最大數量由系統最大延時決定。當主交換機和其他交換機進行連接時，能夠有效縮短系統的等待時間。這種結構不具有冗余度，在出現故障時，可能會造成所有IED信息的遺失，環形結構交換機的優點是能夠自行組成閉環。當連接點突發故障問題時，它可以利用其充足的冗余度進行調節。信息在被傳遞的過程中會進行多方面工作，需要消耗寬帶對其進行傳輸。系統內部有一個管理交換機，主要是向交換機發送相應指令，使交換機自行檢測環路。信息在環路中傳送的時候會停止流動，從而終止傳輸。

（三）提高智能變電站母線保護

智能變電站母線保護是斷電保護系統的關鍵環節。為提高智能變電站保護系統的可靠性，需要使保護系統具備合理的冗余結構。冗余性受保護裝置和通信網絡的冗余度的影響。在物理層次，控制網絡拓撲結構可實現靈活組網，發揮特有的優勢。采用雙以太網并行的保護技術，使其具備的冗余優勢得到更好的體現。智能變電站通信網絡拓撲結構可以采取多種型式，科學合理地選用結構型式可以更好地提高冗余度。冗余裝置是提升繼電保護系統的關鍵措施，任何型式的變電站都離不開冗余設計。可以利用兩套繼電保護系統，并設計終端保護設置、數據交換機及合并單元，以提高系統的保護性能。

三、提升智能變電站繼電保護系統可靠性的方法

（一）提升變壓器保護的可靠性

電力系統對電壓額度有一定的要求，確保電壓額度的準確性才能保證電力系統供配電的正常運行。在實現對電壓的有效控制的過程中，變壓器系統的運用起著決定性的作用。因此，變壓器可采取分布式的方法進行配置，可以分散變壓器系統的壓力，避免由于變壓器承受過大壓力而出現問題。而在繼電保護系統的后期配置中，需要將分散配置與集中式配置進行結合，以降低系統的復雜性，進而提升繼電保護系統的可靠性。

（二）做好過程層的繼電保護

過程層的繼電保護主要是通過對電力系統中母線、變壓器和配電線路等進行保護，實現降低電力系統運行風險，對電力調度系統實施必要的保護，進而實現保障電力系統安全運行的目的。通常來說，繼電保護系統的穩定性能保證電力系統在發生波動時保護定值穩定。但是，智能變電站中存在著大量一次設備，應注意開關與硬件的分離，保證開關和硬件的相對獨立性，進而對變電站母線和輸電線路實施保護。可以通過多段線路保護的方式對智能變電站母線和變壓器保護進行定義。在變電站主站采樣的同時，進行采樣數據的實時調整，保證采樣數據的適用性和可靠性。

（三）間隔層中繼電保護的提高

將雙重化裝置運用到變電站繼電保護系統中，對后備保護進行集中配置，是做好間隔層繼電保護，提高繼電保護系統可靠性的有效措施。后備保護系統能為變電站后備設備、開關失靈及相鄰范圍內的線路和端母線提供保護，進而對電網系統運行中產生的故障和問題進行精確的診斷，并提供及時有效的解決辦法。除此之外，可以在技術手段允許的情況下，將智能變電站的電壓等級進行集中配置，使其適應電網運行的具體情況。

（四）可視化技術的運用

為提高智能變電站繼電保護可靠性，需要對故障實現有效處理，引入可視化技術對繼電保護裝置進行監控是十分必要的，能實時監控繼電保護裝置運行情況，實現故障預警和運行數據采集。繼電保護裝置產生運行故障時，要對中間節點文件形成的數據信息進行準確采集，以全面分析故障，從而確定故障原因。為工程技術人員提供準確的排查記錄信息，針對故障情況制定切實可行解決措施。

四、結束語

隨著電網建設事業的快速發展，智能變電站已成為我國電網建設的重要組成部分。為保障智能變電站的安全正常運行，加強繼電保護系統的可靠性成為當前建設的重要內容。通過對智能變電站繼電保護系統的可靠性進行分析，從硬件系統與軟件系統中，采取有效措施增強該系統日常運行的穩定性，進而為我國電力事業的發展提供安全保障。