智能變電站繼電保護可靠性研究

孫鵬?王棟?劉永

摘要：隨著國民經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們對電力能源需求量日益增加，我國電網(wǎng)規(guī)模也隨之擴大。智能電網(wǎng)作為提高電力企業(yè)服務(wù)質(zhì)量，提供優(yōu)質(zhì)能源的重要途徑，受到人們廣泛關(guān)注。然而，我國智能變電站在運行過程中，面臨大功率、遠程電力輸送等一系列工作難點，這對變電站繼電保護可靠運行提出了挑戰(zhàn)。因此，加強對繼電保護可靠性的研究十分必要。本文將對智能變電站繼電保護進行分析和研究，并提出提高智能變電站繼電保護可靠性的有效對策，從而促進我國電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護;可靠性

前言

近年來，隨著科學技術(shù)的進步，我國電力領(lǐng)域也加大了技術(shù)投入，積極新建智能變電站，為我國實現(xiàn)遠程、大功率輸電目標提供了有利支持，是我國電力企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)目標的具體表現(xiàn)。

1.智能變電站繼電保護

智能變電站是將電子技術(shù)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為基礎(chǔ)，突破傳統(tǒng)信息傳輸方式，豐富基本功能，實現(xiàn)電網(wǎng)自動化控制、分析決策等目標，是變電站系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化與智能化的具體體現(xiàn)。智能變電站具有數(shù)字化、標準化以及集成化等特征。數(shù)字化主要是指數(shù)據(jù)采集過程中，運用電子式互感器，達到數(shù)據(jù)采集數(shù)字化應(yīng)用的目標;集成化主要是指將間隔層的保護、測控等功能集中到一起，并用光纖取代傳統(tǒng)電纜接線來實現(xiàn)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。智能變電站繼電保護系統(tǒng)主要集中在變電站的過程和間隔兩大層之中，主要包括電子式互感器、交換機以及智能終端等，在新技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，這些組織元件突破了傳統(tǒng)設(shè)備弊端，已經(jīng)逐漸朝著智能化方向發(fā)展，為提高變電站繼電保護安全、穩(wěn)定運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.可靠性原理

可靠性主要是指元件系統(tǒng)等在一定環(huán)境、時間范圍內(nèi)，無故障的完成規(guī)定功率，主要分為可修復(fù)與不可修復(fù)兩大類，并通過三大指標來衡量其可靠性：一，可靠度，主要是指系統(tǒng)及元件在規(guī)定條件之內(nèi)，在有限時間之內(nèi)，實現(xiàn)規(guī)定功率的概率，是考察一個系統(tǒng)可靠性的重要指標之一;二，可用性，主要是指系統(tǒng)或者其他設(shè)備在較長時間之內(nèi)，能夠完成所規(guī)定功能的能力，簡而言之，就是其系統(tǒng)修復(fù)能力，如果系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時，能夠快速自動修復(fù)，是具備較高可靠性的;三，平均失效時間，是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下穩(wěn)定運行到下一次發(fā)生故障的平均時間。通過這三個指標，能夠真實地反映一個系統(tǒng)的可靠性[1]。

3.提高智能變電站繼電保護可靠性有效對策

3.1以太網(wǎng)冗余性

增加系統(tǒng)冗余性能夠有效確保變電站繼電保護系統(tǒng)的安全、可靠運行，主要通過兩個途徑能夠?qū)崿F(xiàn)目標。一方面：以太網(wǎng)交換機中的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)為實現(xiàn)變電站自動化實時監(jiān)控提供了支持和幫助，通過利用多種模式，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的目標，例如：IEEE802.3x全雙工模式不僅能夠有效控制數(shù)據(jù)傳輸流量，還能夠避免數(shù)據(jù)信息丟失;IEEE802.1Q虛擬局域網(wǎng)技術(shù)是一項新型技術(shù)，能夠?qū)崟r性所要求的不同IDE按照要求區(qū)分開，并將其分到不同的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)實時控制目標;診聽過濾技術(shù)能夠?qū)ο嚓P(guān)信息進行篩選、過濾，確保信息能夠發(fā)送至請求的IDE中[2]。

另一方面，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求是由三個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，實現(xiàn)提高變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性目的。首先，總線結(jié)構(gòu)，總線結(jié)構(gòu)通過交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳送任務(wù)，能夠有效減少接線，但是，相比較而言，其冗余度較差，在使用過程中，需要延長時間來增加其敏感度以達到目的;其次，環(huán)形結(jié)構(gòu)，與總線結(jié)構(gòu)類似，其環(huán)路上的任意一點都能夠提供不同程度的冗余，將其與以太網(wǎng)交換機有機結(jié)合，能夠出現(xiàn)管理交換機，也就是生成樹協(xié)議，這種結(jié)構(gòu)能夠為繼電系統(tǒng)運行提供物理中斷的冗余度，并將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)控制在一定時間范圍內(nèi)，然而，環(huán)形結(jié)構(gòu)在使用過程中存在的弊端主要是收斂時間問題，收斂時間較長，無法快速完成任務(wù)，影響系統(tǒng)重構(gòu);最后，星型結(jié)構(gòu)，星型結(jié)構(gòu)是一種等待時間較短的結(jié)構(gòu)，比較適用于較高場合，沒有冗余度，但是，如果主交換機在運行過程中，出現(xiàn)故障，會影響信息傳送，相比之下，其可靠性較低，不建議推廣和普及。因此，變電站在選擇繼電保護系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架時，需要結(jié)合自身實際情況，比較優(yōu)勢和缺點，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高繼電保護系統(tǒng)可靠性。

3.2環(huán)形結(jié)構(gòu)母線保護可靠性

環(huán)形結(jié)構(gòu)作為可靠性較高的結(jié)構(gòu)，將其運用到母線保護裝置中具有十分重要的意義。通過分析，并采取最小路節(jié)點歷法計算可知，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的母線保護可靠性較低，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)母線保護可靠性能夠滿足繼電保護系統(tǒng)可靠性要求，各項指標有明顯提升，另外，環(huán)形結(jié)構(gòu)對元件損害較小，能夠大大提高繼電系統(tǒng)安全、可靠性。在變電站繼電保護系統(tǒng)母線保護裝置中融入環(huán)形結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)繼電保護系統(tǒng)可靠運行的目標[3]。

4.結(jié)論

根據(jù)上文所述，變電站繼電保護系統(tǒng)可靠運行對整個電網(wǎng)具有十分重要的意義和作用，是確保電力系統(tǒng)安全、可靠供電的前提條件。為了能夠有效提高變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性，應(yīng)加大對繼電保護系統(tǒng)的研究，并采取科學、合理的方法計算、對比，選擇合適的結(jié)構(gòu)，提高繼電保護系統(tǒng)可靠性，從而推動我國電力領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]汪永華，王正風.基于SCADA/EMS的負荷實測與網(wǎng)損在線計算的研究與應(yīng)用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學院學報，2010，18（03）：259-261.

[2]趙爭鳴，鄒高域.大容量電力電子應(yīng)用系統(tǒng)及其關(guān)鍵問題綜述[J].大功率變流技術(shù)，2012，20（05）：12-14.

[3]劉婷婷.12MW生物質(zhì)能發(fā)電廠綜合自動化系統(tǒng)研究[J].華南理工大學學報，2011，10（8）：158-159.