智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究

屠雯鳳， 杜昕楊

（南瑞集團(tuán)有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

在智能變電站中，電力系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與繼電保護(hù)發(fā)揮著不同的作用。因此，智能變電站在使用全新的繼電保護(hù)設(shè)備時(shí)，應(yīng)將繼電保護(hù)裝置功能可靠性的提升作為重點(diǎn)研究內(nèi)容。在電網(wǎng)建設(shè)中投入使用智能化設(shè)備，融入自動化技術(shù)與信息化技術(shù)，有助于繼電保護(hù)達(dá)到智能化標(biāo)準(zhǔn)[1]，可大幅度提升企業(yè)的管理水平。

1 智能變電站概述

智能變電站使用了技術(shù)成熟的智能設(shè)備，全站實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及共享標(biāo)準(zhǔn)化的需求，能夠自主完成信息收集、資源信息傳遞和對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等，是一個具備諸多高級功能的變電站。如今，智能變電站已是電網(wǎng)發(fā)展的剛需，是促進(jìn)電力行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，對整個智能電網(wǎng)建設(shè)有著十分重要的作用，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，能夠展示出其強(qiáng)大的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)時(shí)代特征和硬件設(shè)備上的高科技特征。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站具有更多優(yōu)勢。實(shí)際運(yùn)行過程中，通過網(wǎng)絡(luò)化管理，變電站的設(shè)計(jì)不再復(fù)雜，變電站設(shè)計(jì)和監(jiān)理方面的人力、物力以及財(cái)力有所減少，更符合新時(shí)代集約化發(fā)展的基本需求[2]。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

2.1 可靠性特點(diǎn)

與以往的繼電保護(hù)系統(tǒng)不同的是，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性更高，能滿足現(xiàn)代用戶的用電需求，還有助于電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定運(yùn)行。智能變電站作為一個整體系統(tǒng)，由各個部件所構(gòu)成，整個系統(tǒng)會因?yàn)橐粋€小的部件故障而出現(xiàn)問題。因此，變電站和內(nèi)部的各個組件設(shè)施均需具備高度可靠性，且變電站具有檢測和管理故障的功能，才能預(yù)防變電站發(fā)生故障，并在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)警示，以便相關(guān)人員及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，保障變電站安全運(yùn)行[3]。

2.2 可靠性分析參數(shù)的選擇

在智能變電站中，對繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究，可作為一些元件故障信息分析的依據(jù)。如在檢修維護(hù)的機(jī)制下，可維修的元件在使用期內(nèi)的故障與檢修率為常數(shù)，就是通過大量的統(tǒng)計(jì)分析獲取的。變電站中所使用的智能化電子設(shè)備若未定期進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)與分析，那么，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究工作就需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)明確的參數(shù)值確定，詳見表1。

表1 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析參數(shù)

本文使用的長期穩(wěn)態(tài)概率，能夠有效評估出智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

式中：P為元件穩(wěn)態(tài)工作概率；Pxλ為失效概率；u為所有元件的修復(fù)率，取365 次/a；μ 為修復(fù)率；λ 為失效率。使用馬爾科夫鏈模型分析故障修復(fù)的分布滿足指數(shù)分布。經(jīng)計(jì)算，每個元件的穩(wěn)態(tài)概率詳見表2。

表2 各元件的穩(wěn)態(tài)概率

3 智能變電站繼電保護(hù)要點(diǎn)

3.1 保證電子裝置可靠性

智能變電系統(tǒng)中電子設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與電力系統(tǒng)的可靠性有著密切關(guān)系。在整個電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對電子裝置穩(wěn)定性造成影響的因素有信心數(shù)據(jù)和運(yùn)行環(huán)境等，若電子裝置的穩(wěn)定性受到影響，就會牽連到機(jī)電保護(hù)的可靠性。因此，在裝置的運(yùn)行過程中需要進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性。使用具有高穩(wěn)定的設(shè)備和電纜，能夠防止裝置受到外部因素的影響。也可采取定量分析的方式，對系統(tǒng)可靠性模型的分析，并制定出一套有效的繼電保護(hù)裝置配置方案。制定的配置方案要符合智能變電站電子裝置的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)[4]。

3.2 線路保護(hù)裝置

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的線路保護(hù)措施有兩種方案，分別是后背式與集中式。采取保護(hù)措施的主要目的，是為了有效降低電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)線路發(fā)生故障的頻率，確保線路穩(wěn)定運(yùn)行。線路作為電力系統(tǒng)中電壓控制的間隔單元，可在智能繼電保護(hù)系統(tǒng)里起到監(jiān)視、通信以及測量的作用，尤其是在提升電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全方面，作用更加顯著。提高線路的運(yùn)行效果，能保證用電安全，同時(shí)，也給人們帶來了生活便利。

3.3 電壓限定延時(shí)過電流保護(hù)

智能變電站正常工作時(shí)，易受到電壓和電流等多種因素的影響而發(fā)生多種問題，如電流超負(fù)荷以及外部斷路等。一般情況下，電流超負(fù)荷并會不影響造成線路的正常使用。若變電站出現(xiàn)故障就會引發(fā)跳閘，為有效控制日常用電情況，采用電壓限定延時(shí)的方式可起到保護(hù)作用，一旦線路中的點(diǎn)流量超標(biāo)，系統(tǒng)就會自主提醒，并做出自我保護(hù)[5]。

4 提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的具體措施

4.1 采用電壓限定延時(shí)方式

智能變電站在正常運(yùn)行過程中會受電流或其他外部因素的影響，導(dǎo)致外部斷路，從而出現(xiàn)過負(fù)電流現(xiàn)象，變電站系統(tǒng)跳閘。可以采用電壓限定延時(shí)的方法測量變電站中每個線路的電流量，在出現(xiàn)過負(fù)荷電流現(xiàn)象時(shí)，能夠及時(shí)做出警示，并執(zhí)行自我保護(hù)命令，提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

4.2 在母線保護(hù)裝置中融入環(huán)形結(jié)構(gòu)

智能變電站中，一種環(huán)形結(jié)構(gòu)的融入，可大幅度提高其可靠性，將其融入到母線保護(hù)裝置，能夠達(dá)到理想的效果。研究發(fā)現(xiàn)，以往結(jié)構(gòu)中，母線保護(hù)的可靠性普遍較低。但是，在母線保護(hù)中融入環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以大大提升智能變電繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，而且整體指標(biāo)也能得到顯著提高。此外，電氣元件并不會因母線保護(hù)中的環(huán)形結(jié)構(gòu)有所損害。因此，合理融入環(huán)形結(jié)構(gòu)，可作為提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的策略。

4.3 優(yōu)化運(yùn)維模式

在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，還需要間隔智能終端和合并單元，在過程層網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的間隔。對公用交換機(jī)及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理的調(diào)度和管理，針對不同裝置中的軟、硬壓板采用不同操作方式，重視智能終端柜的操作及運(yùn)行。在做維修處理過程中，要根據(jù)實(shí)際情況制定維護(hù)指導(dǎo)手冊，主要包含運(yùn)行支持和設(shè)備消缺等內(nèi)容，同時(shí)，要將關(guān)鍵技術(shù)的管理程序在這一過程中凸顯出來。加強(qiáng)智能變電站技術(shù)的應(yīng)用效果，能進(jìn)一步推動繼電保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展。因此，需要重點(diǎn)創(chuàng)新或完善某一項(xiàng)技術(shù)、運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)等。

4.4 轉(zhuǎn)變管理模式

由于以往的繼電保護(hù)系統(tǒng)難以符合新時(shí)代的發(fā)展，這更加凸顯出轉(zhuǎn)變繼電保護(hù)管理模式的重要性。要想在管理模式上進(jìn)行轉(zhuǎn)變，必須對智能電網(wǎng)本身的背景意義有正確認(rèn)知，了解相關(guān)技術(shù)規(guī)定，全面開展智能化決策管理工作[6-7]。

5 結(jié)語

如今，隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人們對電能的需求日漸加大。因此，要在整個電力行業(yè)變電系統(tǒng)中不斷創(chuàng)新和完善繼電保護(hù)技術(shù)，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)變電站全智能化，確保人們用電安全。