智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性探究

摘要：電力系統(tǒng)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展，我國的電力系統(tǒng)努力建設(shè)智能化的電網(wǎng)系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展離不開智能化的電力設(shè)備。智能電力工程基于傳統(tǒng)變電站的繼電保護裝置，并在此基礎(chǔ)上采用自動化信息技術(shù)，其結(jié)果是變電站實現(xiàn)了智能化的繼電保護，這便是繼電保護工作在智能變電站建設(shè)中的意義所在。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護;系統(tǒng)分析

1智能變電站的概念和特點

1.1智能變電站的概念

在智能變電站的建設(shè)過程中，現(xiàn)在采用的都是數(shù)字化處理，如信息的采集、處理、輸出等，數(shù)字化處理可以實現(xiàn)通信的網(wǎng)絡(luò)化，同時也可以使電力設(shè)備具有智能化性能，可以實現(xiàn)自動化的運行，具有統(tǒng)一的通信模型。智能變電站與傳統(tǒng)意義上的變電站是有本質(zhì)區(qū)別的，智能變電站的主要特點是智能化和網(wǎng)絡(luò)化，由于自動化程度高，所以降低了建設(shè)成本。智能變電站改善了變電站的互感器飽和，同時也改善了傳統(tǒng)變電站交直流串擾和電磁兼容問題，因為在智能變電站中引用了智能斷路器、光電互感器和光纜。

1.2智能變電站繼電保護特點

建設(shè)智能電網(wǎng)，智能變電站的出現(xiàn)具有決定性的意義，引入智能變電站可以減少電力系統(tǒng)的運行成本。做為智能變電站中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，繼電保護非常重要，傳統(tǒng)的繼電保護模式無法滿足智能變電站的運行要求，必須要引入新的技術(shù)和工藝才能滿足智能變電站的需求。智能變電站需要特殊的繼電保護裝置，改進的繼電保護裝置拓展了數(shù)據(jù)的提供途徑，隨之的設(shè)備安裝和維護技術(shù)也有了一定的改進，操作繼電保護裝置的工程技術(shù)人員也要不斷提高相關(guān)的專業(yè)知識。智能變電站的繼電保護裝置具有更強的靈活性，要調(diào)試非常多的線路和設(shè)備，要掌握主要的調(diào)試操作要點，工程技術(shù)人員必須要熟練掌握繼電保護裝置的特點，要對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理進行了解，出現(xiàn)的狀況也要采用正確的調(diào)試方式，只有這樣才能保證繼電保護裝置的正常運行，繼電保護裝置運行正常了，智能變電站才能正常運行。

2系統(tǒng)的可靠性分析

2.1分析方法

信息流能夠使智能變電站繼電保護系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn)，在信息流通路順暢時就能夠?qū)⑿畔氖级税l(fā)往終端，繼電器的保護功能才能夠?qū)崿F(xiàn)，其中會影響繼電保護系統(tǒng)可靠性的因素包含同步對時功能、SV報文和GOOSE報文信息回路的連通效果。

2.1.1參數(shù)的選擇。電網(wǎng)的一二次設(shè)備均在固定的時間進行檢查，在維護過程中，系統(tǒng)的可靠性評估來源于元件故障信息的準確性，可修復的元件在檢修維護的過程中將故障率和修復率視為常數(shù)即可。例如合并單元的故障率就為0.0067，交換機故障率為0.02。利用馬爾科夫鏈模式進行分析，由于元件所處的環(huán)節(jié)不同，因此其故障的狀態(tài)也是有所不同的，例如合并元件和交換機元件在信息傳輸過程中出現(xiàn)丟失現(xiàn)象就會使保護系統(tǒng)產(chǎn)生拒動。分析時應(yīng)該將元件的失效狀態(tài)進行細分，大致可以分為兩種，分別是誤動和拒動，之后根據(jù)二者的概率進行計算即可。

2.1.2框圖法。在智能變電站繼電保護系統(tǒng)的分析過程中，框圖法較為直觀清晰，這種方法對于元件比較少的系統(tǒng)用較為合適，可以根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行框圖的繪制，通過框圖及元件的狀態(tài)和系統(tǒng)的狀態(tài)進行描述，框圖可以計算出系統(tǒng)中不同元件的不同狀態(tài)的概率。對于含有多個獨立分散的原件的保護系統(tǒng)，其中元件之間的維修狀態(tài)也是具有獨立性的，例如，可以將元件1的正確動作的概率記為P1，將元件2的正確動作的概率記為P2，根據(jù)改路的運算規(guī)則進行運算即可。

2.2分析應(yīng)用

2.2.1主變保護的可靠性分析。在主變保護的組網(wǎng)方案之中，主變保護和智能終端的合并單元就是依靠組網(wǎng)的方式進行連接，通過保護GOOSE的網(wǎng)絡(luò)信息采集對傳輸跳閘發(fā)出指令，通過采用SV網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟芍禈有畔ψ冸娬镜闹髯儔浩鬟M行保護。通過采用保護控測一體裝置可以充分發(fā)揮智能變電站的智能化系統(tǒng)，保護裝置一般包含保護CPU和測控CPU兩種，保護啟動判斷的輔助依據(jù)就是測控采樣，還可以從整體上保護可靠性。

通過最小路集法可以得出主電保護的不可用度為1-A=8.8812×10-9。

2.2.2線路保護的可靠性分析。數(shù)字化線路的保護裝置的開關(guān)量和模擬量是以光纖通過太網(wǎng)獲取的，采樣值的光纖接口和開關(guān)輸入量的光纖接口是獨立的設(shè)置，跳閘輸出和開關(guān)量的接口通常是一個，數(shù)字化線路的保護可以通過線路兩端和傳統(tǒng)的線路保護進行配合，完成縱差保護。

通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護的不可用度為1-A=4.9492×10-9。

3提升可靠性的措施

3.1太網(wǎng)冗余法

3.1.1太網(wǎng)的控制要求。在IEEE802.3x全雙工模式下，通過交換機發(fā)出指令使數(shù)據(jù)源暫停發(fā)送，再利用控制數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端進行數(shù)據(jù)流量的傳遞可以避免數(shù)據(jù)丟失。IEEE802.1p優(yōu)先排隊技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在擁堵的情況下，數(shù)據(jù)進行優(yōu)先傳輸。IEEE802.1Q虛擬局域網(wǎng)技術(shù)，可以將IED劃分到虛擬局域網(wǎng)之中。IEEE802.1w快速生成樹協(xié)議不像從前的IEEE802.1D生成樹協(xié)議需要大約一分鐘的時間才能重新將發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架定義，這種快速生成樹協(xié)議可以將時間大大縮減。最后的要求是診聽過濾技術(shù)，它允許對GOOSE信息幀進行過濾，然后將信息傳遞給IED。

3.1.2網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架。（1）總線結(jié)構(gòu)。總線結(jié)構(gòu)中的交換機通過端口與其它的交換機相連，上端口的速度一般比IED端口的速度快，系統(tǒng)的最大延時決定了交換機的最大數(shù)量，這種結(jié)構(gòu)的接線較少但是冗余度差。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)的交換機可以形成閉環(huán)，對于連接點的故障可以提供足夠的冗余度，信息在傳遞過程中會消耗寬代，應(yīng)用的內(nèi)部具有管理交換機，生成樹可以發(fā)出指令，交換機便檢測環(huán)路，信息在環(huán)路中就不會流動。（3）星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)具有等待的時長較短的特點，主交換機在連接其他交換機的時候系統(tǒng)的等待時間會減少，但是星型結(jié)構(gòu)沒有冗余度，在發(fā)生故障時就會產(chǎn)生遺失所有的IED信息，從而降低可靠性。

3.2環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法之中，刀鬧位置信信息經(jīng)由各間隔智能終端提供，然后通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到母差保護裝置。根據(jù)采樣值組網(wǎng)方式，各間隔合并單元的數(shù)據(jù)同樣傳輸?shù)侥覆畋Ｗo的裝置上。母差保護動作的出口信息，發(fā)送給各間隔智能終端之后，母差保護裝置的容量會受到限制，主要原因是網(wǎng)絡(luò)報文流量的大小不定。有的時候，過程層的交換機會承擔較大量的報文，單臺的交換機接入的單元信息數(shù)量嚴重超出就會導致其可靠性較低。為了解決這個問題，可以將裝置或者交換機的光纖口進行設(shè)置。

4結(jié)束語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)站的繼電保護系統(tǒng)有所不同的是，智能變電站的繼電保護系統(tǒng)的可靠性有下降趨勢，智能變電站的線路保護和主變保護問題，可以采用直采直跳的模式，在采用對時源時，不可采用外部對時源，通過詳細的分析得出智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性極其重要。

參考文獻

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作者簡介;劉偉（1989.09），性別：男;籍貫：天津?qū)幒?民族：漢;學歷：研究生、碩士;職稱：中級工程師;研究方向：變電站繼電保護。