智能變電站繼電保護系統可靠性問題

皮震

（國網湖北省電力有限公司咸寧供電公司，湖北 咸寧 437400）

繼電保護系統智能化水平以及運行穩定性，對變電站的運行穩定性有著直接的影響，變電站作為電網智能化建設最為關鍵的節點，要想實現變電站智能化，則要把信息化與網絡化技術相結合，在這兩種技術中，電子元器件與智能設備的數量是比較多的，必須要做到所有的元器件與設備都要保證其安全、穩定與可靠性。變電站在運行過程中客觀條件、數據以及環境因素等方面的某些改變都將對整個電力系統運行產生影響。為了使整個系統能夠避免電壓和電流所造成的損失，繼電保護系統會在出現故障的時候起到隔離的作用，以此來增加了整個系統的工作穩定性。因此，繼電保護系統是否穩定，直接影響著整個電力系統的運行情況，需要努力提升系統的可靠性。

1 智能變電站繼電保護系統的組成

1.1 電子互感器

電子互感器作為變電站中的關鍵組成部分，通過科技的進步，已經變成了現代化電子互感器。與傳統電磁變壓器相比，電子互感器的使用具有絕緣簡單、瞬態特性良好和鐵磁共振等優點，能準確地傳輸一次電氣信息，對保護設備的正確運行提供準確的信息，以確保變電站的安全穩定運行。根據結構分析，電子互感器配備合適的光纜，在解決變壓器二次加載時節省了成本。智能變電站運行中收集的網絡信息將發送到熱核裝置。熔化單元接收到的信息來自電子互感器等，信息通過計算去除，將錯誤信息和單元數據結合，糾正信息中的錯誤，然后將信息傳輸到相應的保護裝置。因此，融合單元能夠實現對信息進行預處理，使得保護裝置能夠利用精確信息來解決不同設備接線難題，從而能夠確保變電站運行穩定，減少變電站實際運行成本。

1.2 合并單元

在正常運行狀態下，系統采集的任何電網數據和信息，都將被電子式互感器準確地反饋到相應的合并單元，合并單元所扮演的角色，就是為接收這些來自電子式互感器所反饋的數據信息，當合并單元完成數據信息的收集工作之后，就會自動地將這些數據信息進行重新整合處理。另外，合并單元也可以把錯誤格式轉換處理后，向保護裝置內部系統發送數據信息，為增強智能變電站運行可靠性提供有利條件，在此基礎上，合并單元可以靈活處理相關設備間接線問題，對于減少維護成本有著重要作用[1]。

1.3 交換機

智能變電站與傳統變電站不同，其采用的是由交換機搭建的網絡化平臺。交換器作為通訊網路的關鍵設備。網絡交換技術就是在數據鏈水平上，完成數據傳輸的信息技術。在傳輸數據時，交換器能建立可靠數據通道，可以有效地控制網絡數據流，并保證數據幀間的快速交互，還能通過局域網內交換地址表進行信息傳遞。另外，采用生成樹協議，可以有效避免交換機不形成回路，規避廣播風暴的發生，并且在交換機間建立冗余鏈路等問題，從而能夠保障智能電廠運行的穩定性與安全性。

1.4 智能終端

智能終端包含了信息數字化、智能化控制、狀態可視化等功能。數字化具有通信功能，它必須把一次設備的狀態、控制命令等轉換成數字信號，和二次設備進行數據交換。智能化控制是體現變電站設備智能化程度的一個重要標志。智能化控制是反映變電站設備智能化水平的重要指標，主要接收和處理測控設備發出的命令，并對開關設備進行操作，智能終端用于間隔相應的主要設備。狀態可視化的特點是不同于傳統設備的另一個特性，它可以收集各種信息，例如溫度、壓力、絕緣、機械性能和一次設備的狀態。該智能終端能夠較好地解決斷電后出現的過早檢測不準等問題，對變電站運行信息進行總結，有利于技術人員對變電站運行情況的掌握，并利用重要信息進行系統故障檢測，最終制定有針對性的方案來解決停電的情況。

2 智能變電站繼電保護系統可靠性問題分析

2.1 設備管理問題

前期階段的設備管理工作會涉及如設計、計劃、裝置、測試等多個方面的內容，后期階段的設備管理工作由使用、維護、升級等多個方面內容共同組成。在實際開展智能變電站運行維護工作時，存在設備管理方面的問題，不僅缺乏人力和物力資源的支持，也會產生機電設施與維護設備處于相互獨立的狀態，導致實際開展的故障運維管理工作缺乏針對性和有效性。由于變電站的維修部門并未深刻認識到自身工作的重要性，因此在實際開展創新和改造工作時便無法滿足實際的要求，導致設備不能滿足智能變電站的運行要求，從而阻礙了供電系統的穩定運行[2]。

2.2 計算失誤與人為因素

在智能變電站繼電保護系統的操作環節中，在定制整定計算時，一旦發生計算錯誤，將嚴重威脅到繼電保護系統的整體安全。因受到人為因素的影響，系統在運行中也會出現故障。在實踐中，如果安裝人員操作失誤、接線達不到設計標準，或者運行出現偏差等情況，則確保不了操作的準確度，從而增加了繼電保護系統故障的危險性，因此必須要提高運行人員的技能水平。

2.3 數據信息傳輸障礙

智能化變電站從整體上來說，智能設備的覆蓋范圍更廣，這就對電力數據的信息處理以及傳輸速度都提出了更高的要求。在繼電保護系統運行時，當遇到電力數據信息傳輸受阻的情況時，會及時引起相關指令的無效響應反饋，這樣便會影響到電力系統的正常工作。另外，在與相關設備或者其他傳輸介質相連接的光纖線路發生故障時，極易對數據傳輸造成影響，從而給電力數據信息傳輸效率帶來負面影響，還會影響智能變電站的正常工作，同時也增加了經濟成本。

2.4 繼電保護智能終端問題

在智能變電站的信號傳輸過程中，需要建立先前仿真所建立的數字模型。設備發射信號時，區域網需要對數據進行分析統計，并對同類信息進行匯總，以保證在保持設備穩定的基礎上提高設備的工作效率。然而，現有變電站信息傳輸方式的實施，反映出安全防護性能差的缺陷。由于變電站易受外界因素影響，系統在信息傳輸過程中運行不好，降低了信息傳輸的準確性。綜上所述，在自動化變電站的建設過程中，考慮系統的安全性能是非常重要的。

2.5 對時同步系統

從智能變電站繼電保護系統的總體情況來看，一般對時參照主要是依靠衛星信號來實現，但由于天氣和地理位置的變化，都會影響到時鐘的守時能力，繼而造成數據結果出現偏差。因此，要根據實際情況，確定最佳拉入同步策略，從而改善時鐘的守時能力。但在同步系統運行過程中，當時鐘同步信號輸出到合并單元時，會受到一些干擾因素影響，繼而發生異常跳變，因此這對于合并單元輸出帶有同步品質因數的穩定性和連續性提出了更高的要求，以確保設備所受影響得以有效降低。

3 提高智能變電站繼電保護系統可靠性的措施

3.1 完善自動報警功能

智能變電站運行過程中，一旦發生系統故障，系統就會發出自動報警，繼電保護裝置能夠確定智能變電站中能源數據，對信息進行分類存儲，并且明確定位故障進行響應。系統分析模塊將利用故障前后的數據完成初步的故障診斷，然后恢復智能變電站內部繼電保護，對整個系統進行保護。報警裝置的運行情況關系到自動化水平，在變電站建設過程中，要提高自動報警功能，才能確保繼電保護系統穩定可靠。加強報警系統自動診斷與自動識別研究與開發，提高了變電站故障排除速度與診斷準確率，對變電站供電系統起到了保護作用，保障了智能變電站的平穩運行[3]。

3.2 完善運維體系

在智能變電站的運作中，運維人員一定要充分利用設備探測信息，將智能終端和集成設備分開，在這個過程中，使用大型內部指令交換機，以科學的視角調整和管理公共交換機和專用網絡，并對各類組裝中的軟、硬材料進行標準化操作，重點關注智能終端的現場操作和運行。在系統維護時，要嚴格按照系統的特殊要求進行處理和整合，建立一套從設施消缺、運行支持、狀態評估等多個層次的規范運行指南，以最大限度地發揮核心技術的監控能力。另外，隨著電網技術的發展和變革，智能化變電站的技術標準和運行規程也會隨之發生相應的調整和更新，設備狀態檢測是狀態檢修工作的前提，在智能變電站中，無論是交流取樣還是維護輸出回路，都需要在檢測環節中完成，從而提升設備狀態評測的質量。

3.3 加強裝置質量控制

繼電保護裝置在智能變電站繼電保護系統當中占據著舉足輕重的地位，但是從實際運行情況上看，繼電保護裝置的內部狀況比較復雜，在實際操作過程中，故障風險較高，因此，需要科學選購設備，對設備的安裝質量進行嚴格把關，明確繼電保護系統運行的實際要求，以便嚴格落實質量檢查，確保裝置使用性能得到有效發揮。為了保證設備的質量滿足繼電保護系統的需求，應從靈敏性、安全性以及可靠性等多個角度來保證設備選型的科學性。在設備安裝完畢之后，需要按照標準及規范對設備進行調試，從各個方面對設備的質量及性能進行檢驗，以保證設備具有較好的適用性，并能穩定、安全地運行，這樣才能夠使繼電保護裝置在實際工作過程中有效減少出現故障的概率。同時，還要時刻注意繼電保護裝置的具體情況，當檢測到保護定值和二次回路的變化時，要及時地進行判定，要保證采用的處理方案具有針對性與有效性，從而保證繼電保護裝置能夠穩定、安全地運行[4]。

3.4 增強間隔層繼電保護的可靠性

繼電保護系統所發揮的作用，很大一部分都是通過間隔層繼電保護反映出來的，因此，增強間隔層繼電保護運行的可靠性，是促進繼電保護系統可靠運行的最主要渠道。具體而言，間隔層繼電保護的內容主要包括如下多項設備，如端母線、后備設備以及線路控制開關等。在此基礎上，再對系統中的故障進行分析處理，最終將問題予以解決。此外，間隔層繼電保護的可靠性得以保證，電壓的配置也會更加智能化，可以根據電流系統的實際需求調控電壓的供給量，這也是最為高效、最為有效的電壓配置方案。因此，提升間隔層繼電保護的可靠性，是提升繼電保護系統可靠性的重要手段。

3.5 完善數字化技術

充分利用數字化技術與信息技術的優勢，可降低繼電保護系統中的阻礙，以此來有效規避故障問題的發生，從而能夠保障繼電保護系統的可靠性。技術人員可以利用數字化技術來全面把握系統的運行狀態，并通過優化互感器的方式來提升其傳輸性能，不僅可以進一步提升智能變電站的繼電保護系統的數據傳輸精準程度，還可以有效避免二次回路發生短路，以及電流互感器保護的故障問題，為智能變電站的穩定性以及運行安全提供優良的條件[5]。

3.6 提高系統冗余性

為了維護繼電保護系統的可靠性與安全性，可以提高系統的冗余性。首先，可采用以太網交換機數據鏈路層技術，實現對變電站的實時監測。在三個基礎網絡的基礎上，形成網絡架構的需求。其次，總線結構可以采用交換機進行數據傳輸，它具有降低線路連接的功能，但是冗余程度相對較低，所以在實踐中，可采用延長時間、增加靈敏度、增加冗余等方法。環狀結構回路中的任意一點都能提供冗余，與以太網的交換機相結合，既能增加繼電器的冗余，又能在一定的時限內控制網絡的重建，但由于采用環狀結構所需的時間較長，執行起來相對緩慢，而且會影響到系統的重構。一旦主開關出現故障，信號傳輸就會受到干擾，可靠性也會降低，因此不太適合大規模的推廣。為了提高變電站的安全可靠度，必須提高其冗余度，因此在選用繼電保護的基礎上，要根據實際情況，比較各種結構的優劣，從而確定適合的體系結構。

4 結語

綜上所述，智能變電站是現代變電站的建設和發展方向，作為電網系統中的重要組成部分，繼電保護系統的穩定性受到多方面因素的影響，通過結合實際智能變電站的結構和繼電保護裝置的組成部分進行分析，采用提高可靠性的措施，來實現繼電保護系統的安全性、穩定性和可靠性，從而促進電力事業的不斷發展。