智能變電站繼電保護系統可靠性分析

季桉 姚一凡

泰興市供電公司 江蘇 泰興 225400

引言

信息化也是時代發展的一種體現，信息時代，變電站的智能化首先要受到重視，它是變電所隨時代變化的具體表現，在信息化時代，變電站的具體情況下，電力系統工作者首先要關注的是變電站的智能化問題。并通過智能化管理，及時發現問題并優化處理，避免不必要的麻煩，從整體上提高變電站工作效率，更好地服務于社會。

1 智能變電站

智能型變電所繼電保護系統中，是通過對原變電所基礎設備進行智能化改造，實現變電所對變電所進行科學、智能化管理。基于現有智能化變電站的設計基礎，是將變電站技術與網絡通信技術相結合，通過發揮計算機網絡傳輸技術的優點，完成對智能變電站線路的相關數據的應用與測量工作，從而實現對變電站系統 的運行控制。按照智能變電站的運行特點，其涵蓋了數字化集成設計、模塊化處理技術等在內的多種技術方法。比如，數字化集成設計是通過對變電站工作內容的分解，來轉化為相應的處理模塊；此后利用模塊化處理技術保障對整個技術系統的有效控制，從而完成相應的變電操作、信息監督，做好電力運行保障。

2 智能變電站繼電保護系統[1]

根據實用功能，可將智能變電站劃分為三個層次，分別為：間隔層、過程層和站控層。進程層實際上是數字接口，它只對一次設備進行對接，其中包括許多設備，如智能終端、合并單元等；站控層的主要功能是與遠端控制中心建立聯系，控制整個站點的二、三次設備。進程層實際上是數字接口，它只對一次設備進行對接，其中包括許多設備，例如智能終端、合并單元等，站控層的主要功能是與遠端控制中心建立聯系，控制整站二、三次設備。站控層的主要功能是建立遠端控制中心，控制整站二、三次設備。控制全站一二次設備。在我國的智能變電站中，“直采直跳”是一種應用較為廣泛的繼電保護方式。一般可分為三種繼電保護方式，即直跳變壓器、母線、線路。在這些數據傳輸中，采集信號所用的都是光纜，只有智能終端和斷路器之間不用，它采用了控制電纜。

3 繼電保護系統可靠性的意義

繼電保護系統可靠性是指在復雜多變的環境下，以及一定時間內，有效地完成既定任務。智能化變電站不僅是 國家電力建設系統改革和優化的主要體現，也是實現有關目標要求的強有力保證，包括在電力輸送過程中，減少資 源浪費，提高整體運行穩定性。但智能變電站的可靠運行同樣需要其他設備系統的輔助配置，如繼電保護系統。智能化變電站主要是利用網絡信息技術實現所控電力系統的安全、穩定運行，智能電子設備在整個智能變電站系統中 經常存在。因此，智能變電站在實際運行中，無論是設備的運行環境，還是有關電力系統數據信息的非正常變化， 都會對變電站的電力系統的穩定運行產生不良影響。當繼電保護系統因設備運行環境或數據信息發生變化而發生故 障時，可迅速分析判斷出故障位置，并迅速切斷故障線路，并啟用備用線路，有效地保障整個電力系統的可靠運行。

4 智能變電站繼電保護系統的組成

4.1 電子式互感器

電子式互感器是智能變電站繼電保護系統的重要組成部分，傳統的互感器一般采用電磁結構，難以適應數字化電力測量系統的發展。因此，利用電子式互感器，該種新型的電子互感器比傳統互感器具有較好的故障檢測準確度，從性能上可提高為保護裝置的正確動作率，實現電網系統穩定運行。經經濟性分析，電子互感器可以光纜代替電纜，使絕緣結構更為簡單。從設備性能分析來看，電子式互感器能提供數字量輸出，實現二次設備系統集成，促進變電站智能化。

4.2 合并單元

智能化變電站采用合并單元對遠端模塊傳送的三相電力量進行合并與同步處理，并以特定格式將處理后的數字信號提供給間隔層設備。線路縱差保護兩端數據采樣在實際運行中存在著從多個間隔取數據的同步問題，其中變壓器差動保護從多個間隔采集數據存在同步問題；而變壓器差動保護從不同電壓等級獲得多個間隔數據也存在同步問題。①全站采用統一的GPS秒脈沖信號，基于脈沖同步同步采樣，但存在秒脈沖丟失的隱患。②二次型采用內插算法再采樣來實現同步，該方案不依賴GPS、秒脈沖傳輸系統，對硬件、軟件要求高，實現難度大，但穩定性好。

4.3 交換機

開關柜是智能變電站繼電保護系統的核心部分，在保護系統中，以交換機為核心的以太網，可以取代傳統保護系統中變電所的大腦、交換機為核心的傳輸信號。

在數據傳輸環節中，交換機的作用主要是建立在通信信道上，實現數據幀的交換。

電網故障經常發生，為了對電網進行故障檢修，需要引入智能終端來實現故障檢修。需要使用智能終端。智能終端的出現，可以檢測斷路器內部的電、磁、溫度、機械狀態。它以智能終端為基礎進行檢測，具有良好的抗故障性能，并能對實時系統進行智能控制。一般情況下，智能終端一方面可以接收保護設備發出的跳合閘指令，另一方面可以將實時信息傳遞給站控制層。

5 智能電站繼電保護系統可靠性計算

建立了變電站智能繼電保護系統可靠性分析模型，并進行可靠性分析。建立模型的方法很多，蒙特卡羅模擬比較普遍，主要是利用計算機實現控制元件的隨機選擇，對繼電保護系統進行采樣檢測，從而統計分析故障概率，再通過該系統實現可靠性計算。這一建模方法不適用于各種智能變電站，特別是電力元件復雜的電站系統。對于復雜的電站系統，馬爾柯夫模型的復雜性使模型變得更復雜，難以求解。可靠度圖框法可實現復雜電站系統的數學模型，模型結構雖然簡單，但可實現對變電站系統中各元件之間邏輯關系的劃分，計算簡單，結合智能電站的過程層和GOOSE報文結構，構建繼電保護模型。該智能變電所采用了兩個獨立、無關聯的雙重保護系統，其配置了雙網并行冗余通信協議，從而保證了SV采樣數據信息和GOOSE保護跳合閘保護信號在電站過程層的無損傳輸。兩套配置方式使繼電保護裝置可以滿足冗余設計要求，從而更好地保護繼電系統的可靠性。主變智能保護終端、合并單元采用組網的方式實現接線，從而使GOOSE雙網保護更好。通過IEC標準通信協議，實現了變電站系統開關量的采集和發送跳閘保護指令，并利用IEC標準通信協議實現SV網絡對采集數據信息的傳輸。為了使智能變電站能夠在應用層面上實現智能化，主變壓器繼電器采用CPU控制器來實現相關的控制功能，測量和取樣可以作為繼電保護起動和識別的依據，更好地提高繼電保護系統的可靠性。將各類電氣元件的失效率引入，取值為50年，從而得出主變保護可靠度09.99999911。在220kV供電線路中，需要使用多種繼電保護單元，其結構形式較為復雜，部分線路SV網采用冗余結構，需要應用4臺SV數據交換機，但110kV供電線路只采用2臺SV數據交換機，可以看出前者具有更好的可靠性。

6 智能變電站繼電保護系統可靠性概述

6.1 繼電工程及其現場保護的應用實踐

新型智能變電站繼電保護現場工作流程，對未來社會發展具有十分重要的意義。它既能滿足人們日常生產和生活的需要，又能改善現有技術應用。本文的具體意義如下。給大眾生活帶來更多方便。對公眾生活的影響日益擴大的繼電工程及其現場保護技術的整體應用范圍日益擴大，對市民生活的影響逐漸增大，這一技術在輕軌和地鐵建設中的應用，無疑為市民的交通帶來極大的方便，同時，報警、刷卡、銀行等生活設施中的繼電保護及現場保護等技術的應用，無疑為市民的交通帶來極大的方便。因而隨著繼電工程和現場保護技術的發展，以及其技術應用水平的提高，它將給公眾的日常生活帶來更多的方便，推動人類社會整體發展更加走向智能化、實地化和科學化。達到進一步提高技術應用水平。隨著繼電工程及其現場保護技術的發展，它迅速獲得了廣泛的市場需求，各行各業在各行業對繼電工程及其現場保護技術應用需求的提升，對技術的應用水平也提出了更高的要求，對技術的應用和現場保護技術的全面擴展，使其得到快速廣泛的市場需求。

6.2 變壓器配置的保護

繼電保護系統中的變壓器，主要功能有以下兩個方面[2]：一是調節電壓，二是調節電流。變電所在進行日常配電時，要確保電壓范圍適當，才能保證電力系統穩定、安全、正常運行。因此從這個角度來看，電壓的限額需要根據實際情況進行相應的限定。電網在日常運行過程中，如果電壓承載量超過預定標準或電壓直接不足，則直接影響整個變電站的穩定、安全運行。因此，對變壓器系統的保護，對于變電站來說，是至關重要的。智能型變電所在繼電保護系統運行過程中對變壓器配置的保護問題，一般要求采用分布式配置方式，這樣既能使變電所在電力運行過程中分散系統壓力，又能充分避免變壓器電壓不足的場所[3]。后端設備的保護配置需要采用集中式的配置方式，這樣就可以根據實際情況選擇不同的配置方式，這也是增強繼電保護系統可靠性的重要途徑，而且在一定程度上降低客觀環境對電力運行造成的諸多負面影響。

6.3 線路的保護

分析保護線路系統的目的是盡可能地滿足繼電保護系統設計的各項要求。數字化電網的組成形式，主要是通過以太網，分析數據信息，領用SV、GOOSE等接口結合，實現相關電力信息系數據的輸入、輸出，從而使整個變電站更加數字化，運行過程更加高效化。

6.4 引進防誤操作技術

高級防誤操作技術可顯著提高繼電保護的穩定性，常用的防誤操作技術有兩種：一是就地防誤操作技術，當電力系統出現突發性故障時，可在一段時間內對其采取止損措施，從而提高系統的可靠性，工作人員在引進該技術時可結合智能變電站的實際需要，合理設置暫停睡眠、設施解鎖等功能，同時還應對正在操作的設備進行常亮處理，從而提高系統的可靠性二是主動防誤操作技術，該技術一般是針對繼電保護中的母線，工作人員可先利用此項技術優化系統內部的SV接收板，并結合繼電保護系統的電壓接收情況進行適當調整，以提高繼電保護系統的應用效果。

6.5 提升管理的可靠性

采用繼電保護系統，提高系統保護功能，實現變電站的數字化建設。在變電運行中合理設置繼電保護裝置，確保系統結構穩定，提高變電運行管理的可靠性。智能化變電站為社會工業生產、人民生活等領域提供電力。智能型變電所的日常工作易受外部因素的影響，因此，在進行運維管理時，要充分考慮電磁兼容問題，發揮繼電保護系統的整體效果，削減不良因素，建立預警機制，及時對智能變電站的運維異常做出反應。

7 結束語

總之，可靠的電力供應是社會發展的基礎，在我國的經濟建設中起著舉足輕重的作用，目前智能電網的發展速度很快，智能變電站的建設成為主流，智能變電站帶來了技術的變革，對繼電保護提出了更高的要求，在電力系統安全可靠性方面發揮著重要作用。