二次設備運行對變電站系統保護穩定性的影響研究

時 明

（潞安集團慈林山煤業公司夏店煤礦，山西長治046000）

礦井變電站是為全礦提升運輸、供電排水的核心供電系統，是上級高壓變電站與礦井低壓用電單位的樞紐，起到橋梁連接作用。為改變傳統老舊的供電模式，適應新型供電要求，更加高效便捷地實現高速網絡下的數字信息傳遞，根據變電站內智能設備和在線信息共享系統運行情況，可以加速構建通信模型的一體化進程，并以此實現在線測量和監測監控，信息自動化采集管理，以及系統保護自動化操作等[1-3]。目前，常規情況下，主要是通過提升系統保護的速動性來確保系統運行的穩定性和可靠性，常見的保護類型諸如：故障錄波示警系統、變壓器斷電保護、線路母線保護等方式，用以判斷二次設備接地后對系統穩定性的影響。但此種方式只適用于變電所內的獨立間隔的業務，而非整體層面對系統可靠性進行分析，以及故障排除。因此，如何快速分析并提高變電站內二次設備的運行可靠性對整體穩定運行至關重要。

1 變電站架構排布說明

35kV變電站整體架構呈分層分布式布置，主要分為三部分：相關站控制層、設備層、過程層。在整體結構系統中，通過另外兩個對應網絡進行相互連接組網，從而使得過程層的網絡可與間隔層連接，并通過設備層設備傳遞系統采集的有效信息，同時，保持變電站內的間隔層與控制層設備連接，實現各設備間信息連接的通信暢通。按照IEC61850標準分析架構可得出，站內過程層連接網絡主要對SAV采樣值報文和GOOSE報文等兩類核心數據進行傳遞[4]，而且站內數據均依靠這兩類報文進行傳輸。其中，GOOSE報文作用于指令下級保護動作進行分合閘，并回傳開關狀態信息，SAV采樣值報文主要作用于傳遞電流、電壓值的數據交流信息。

2 系統保護失效分析

2.1 故障原因

一般情況下，變電站發生故障主要來源于兩種可能：邏輯判斷上的失誤和數據處理過程的失誤。其故障失誤，導致系統出現保護誤動，有時會出現拒動現象，當通信光纜局部斷裂或破口，會產生信號傳輸的通道中斷，引起系統保護自動檢測，影響信號的正常傳輸，導致保護退出，最終誘導系統繼電保護產生拒動。

除了經常發生的交換機故障、光纖故障以外，其它故障原因則對系統發生誤動的概率趨于一致，造成的拒動概率和誤動作概率均達到系統故障率的50%。按照變電站系統內布置的二次設備自動修復時間為24h計算，得出設備修復率為1/(24/8760)=365次/a。根據表1中數據分析可得，保護裝置、系統合并單元，以及智能終端這三個方面是影響變電站運行可靠穩定的重要因素。

2.2 采樣方式影響因素

除了上述分析的故障因素影響系統運行外，還有兩種不同方式可影響穩定性，即跳間與采樣形式的影響。設備的各項性能在不同的運行方式中總體上是一致的，以便彰顯不同形式作用于系統保護的效果。以北二35kV變電站的線路系統舉例，分析跳間與采樣形式對系統保護的影響。在此，以硬件的可靠性為主要研究對象，當同級的保護系統不動作時，則上級保護，或備用保護將切除故障部分，來確保系統可維持穩定運行狀態。當采用直采直跳、網采網跳、直采網跳三種不同采樣形式時，表2所記錄的運行參數可直觀反映出系統的拒動率、誤動率和保護有效性結果。分析可得，當選用直采直跳的采樣方式時系統保護的穩定性最可靠。其原因主要是該方式對保護外的鐘源信號不敏感，繼保系統無需經過交換機系統可直接存儲信號，并傳送轉發。

表1 設備可靠性數據

表2 系統運行可靠性分析表

3 供電能力的可靠性影響

在分析系統保護對供電能力穩定性的影響程度時，預先設定以下可能條件：

（1）由于元器件本身的較低故障率因素，故設定同一系統中，不會出現兩個及以上的同時故障的元件。

（2）由于元件存在的獨立性，可確保在系統中的合并單元、智能終端和保護裝置等均處于不同的位置上，一旦單一元件失效故障，可視為元件獨立行為。

（3）不同保護系統可實現獨立運行，不存在相互干擾。

（4）電流互感器、電壓互感器均能夠正常工作。

（5）當斷路器未按要求動作時，失靈保護動作可對發生的故障進行自行切除。

（6）保護系統未按要求執行動作時，后備保護發揮作用可自行切斷故障源。

（7）源自不同供貨商和不同生產日期的元件，認為性能相同，具有一致可靠性。

（8）忽略信息傳遞的延時性，分析表3中電器元件的可靠性，可得出隔離開關的故障率最低，性能優于架空線路；變壓器的故障修復率最低，性能優于架空線路；而對于故障維修時間而言，架空線路修復時間遠低于主變壓器。

表3 元件可靠性分析表

4 結論

通過系統分析研究二次設備的運轉可靠性影響因素，總結了35kV變電站的系統架構、系統保護，同時，結合設備工況運轉條件下采集的工作實時數據，通過對采樣方式的影響、故障原因的分析，以及系統保護對供電能力穩定性、可靠性的總結分析，得出相關結論和有效數據，為進一步采取綜合防范措施，確保變電站供電系統的穩定運行提供科學借鑒與保障。