智能變電站繼電保護(hù)可靠性研究

李俊良 劉奇 孫嘉翼

(國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司,山東聊城 252000)

智能變電站繼電保護(hù)可靠性研究

李俊良 劉奇 孫嘉翼

(國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司,山東聊城 252000)

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,國家對電網(wǎng)的供電質(zhì)量及其運(yùn)行狀況的要求正不斷提高,因此智能電網(wǎng)的建設(shè)至關(guān)重要。智能變電站繼電保護(hù)加強(qiáng)了繼電保護(hù)的可靠性,保障了信息的實(shí)時性和安全性。對智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估具有實(shí)際意義及較大的理論價值,能否建立準(zhǔn)確有效的可靠性評估體系同時也決定著智能變電站能否大規(guī)模的建設(shè)。

智能變電站 繼電保護(hù) 可靠性

為了提供優(yōu)質(zhì)環(huán)保且經(jīng)濟(jì)安全的電能，國家要求電力行業(yè)大力發(fā)展智能電網(wǎng)以提供大規(guī)模的電力傳輸。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，國家對電網(wǎng)的要求也不斷提高，推動智能電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略，有利于提高供電的可靠性及安全性，實(shí)現(xiàn)管理自動化，優(yōu)化質(zhì)量，下文就智能變電站繼電保護(hù)的可靠性進(jìn)行分析。

1 智能變電站

伴隨著智能電網(wǎng)的提出，智能變電站成為建設(shè)智能電網(wǎng)必不可少的存在。智能變電站與數(shù)字化變電站密不可分但又區(qū)別于數(shù)字化變電站，它們在技術(shù)特征上是一致的，而智能變電站更注重于目的與結(jié)果，其智能化設(shè)備具有環(huán)保、可靠及低能耗的特點(diǎn)，能自動實(shí)現(xiàn)信號采集、實(shí)時監(jiān)控等功能。智能變電站在信息傳輸上有了重大突破，隨著電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，二次系統(tǒng)的數(shù)字化和智能化進(jìn)一步加強(qiáng)了其基本功能，并提升了其高級應(yīng)用功能，比如實(shí)時自動化控制，智能調(diào)節(jié)等。智能變電站主要是采用了新型的電子式互感器，使變電站自動化技術(shù)得到巨大跨越。從物理層面來看，智能變電站一次設(shè)備的數(shù)字化智能化以及二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化加強(qiáng)了兩者之間的連接；從邏輯層面來看，智能變電站功能分散、數(shù)據(jù)共享，對通信有了更高的要求。智能變電站的主要技術(shù)特征體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集數(shù)字化，系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化，信息交互網(wǎng)絡(luò)化，信息應(yīng)用集成化，設(shè)備檢修狀況化五個方面，實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化應(yīng)用和站內(nèi)信息共享，加強(qiáng)了系統(tǒng)之間的集成，提高了系統(tǒng)的可用率，是數(shù)據(jù)更安全，更有效。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)由電子式互感器、合并單元、交換機(jī)、智能終端、同步時鐘等元件組成。電子式互感器因其無磁飽和現(xiàn)象可以有效提高保護(hù)故障測量的準(zhǔn)確性及保護(hù)裝置的正確動作率，利用光纜塑造絕緣結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保且安全，電子式互感器提供的數(shù)字量輸出，加速了智能變電站的數(shù)字化智能化，具有長遠(yuǎn)發(fā)展性，從而取代了傳統(tǒng)電磁式互感器。智能變電站能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的一個重要環(huán)節(jié)即是交換機(jī)的運(yùn)用，交換機(jī)是通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一，是主要的信息傳輸通道，通過建立可靠的信息通道控制網(wǎng)絡(luò)流量，為管理交換操作提供了方便，并保證了信息的有效傳遞。智能終端可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)檢修及智能化控制，有效地對斷路器進(jìn)行開斷控制并實(shí)時接收斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，提高了運(yùn)行效率。同步時鐘技術(shù)在智能變電站中起著中流砥柱的作用，確保數(shù)字信號的采集與傳輸統(tǒng)一時序和時鐘基準(zhǔn)，而同步時鐘技術(shù)就可保證其可靠性和準(zhǔn)確性。合并單元也是因電子式互感器而產(chǎn)生的，用于對采樣信息進(jìn)行組合，避免了復(fù)雜的接線工作，有利于數(shù)據(jù)共享，也是必不可少的一個環(huán)節(jié)。

3 可靠性研究

3.1 現(xiàn)狀

智能變電站繼電保護(hù)與原來的獨(dú)立繼電保護(hù)裝置有較大不同，其功能被分解，從而使影響因素變得更加復(fù)雜和多元化。曾經(jīng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)主要面向保護(hù)對象設(shè)置，通過冗余繁雜的硬件來保證其可靠性，而智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)面臨著更多的約束條件及復(fù)雜性能，因此需要引入新型的可靠性分析法來解決這些難題。

3.2 可靠性分析

系統(tǒng)的可靠性可以根據(jù)故障后系統(tǒng)能否修復(fù)而分為可修復(fù)系統(tǒng)和不可修復(fù)系統(tǒng)，而智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)則隸屬于可修復(fù)系統(tǒng)。首先必須對智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)建立可靠性模型，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與多元性，可以采用可靠性框圖法，既能清晰地觀察出各組件之間的邏輯關(guān)系，又能簡化運(yùn)算過程。可靠性框圖法主要適用于相互獨(dú)立的可修復(fù)系統(tǒng)，體現(xiàn)了各個功能單位之間的邏輯連接，值得一提的是，它是以元件失效影響的分析為基礎(chǔ)的。常見的可靠性框圖有串聯(lián)結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)是較為簡單的兩種可靠性模型，但對于較為復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，便可使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性方法，例如最小路集法、最小割集法、刪去留下不交化算法等。元件的重要性分析也是可靠性分析中的一部分，而元件的重要性取決于元件在系統(tǒng)中的位置及元件自身的可靠度。重要性的衡量往往可以作為一個系統(tǒng)可靠度的衡量，可以通過識別薄弱點(diǎn)來提高整個系統(tǒng)的可靠性。元件的可靠性取決于元件的質(zhì)量與數(shù)量，高質(zhì)量元件與量化的元件都可以大幅提高系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)的負(fù)荷，提高系統(tǒng)的可修復(fù)性。元件的重要性分析還可以幫助設(shè)計者識別在設(shè)計中占核心地位的元件，從而對其進(jìn)行著重保護(hù)，通過對各個元件的重要性衡量可以進(jìn)行合理的維修分配及檢查資源分配，提高工作效率，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，提高元件及系統(tǒng)的壽命。衡量元件重要度的方法主要有Birnbaum重要度、關(guān)鍵重要性、參數(shù)敏感度等，不同的重要度衡定方法適用于系統(tǒng)的不同情形。

3.3 增強(qiáng)可靠性的措施

系統(tǒng)提高其可靠性的方法就是增加系統(tǒng)的冗余性，而系統(tǒng)的冗余性主要取決于裝置冗余度和網(wǎng)絡(luò)冗余度。對于以太網(wǎng)的冗余性，有三種基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，總線型結(jié)構(gòu)接線少但冗余度差，環(huán)型結(jié)構(gòu)對任一連接點(diǎn)的故障都能提供一定的冗余。可以將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時間控制在秒內(nèi)，但系統(tǒng)重構(gòu)時間長并且復(fù)雜性及難度提高。星型結(jié)構(gòu)等待時間最少但是沒有冗余度，所以可靠性很低。通過比較可以發(fā)現(xiàn)環(huán)型結(jié)構(gòu)是可靠性較高的一種方案，其可靠性框圖較為復(fù)雜，計算過程也十分復(fù)雜，但可通過最小路集進(jìn)行可靠性計算，另外環(huán)型網(wǎng)絡(luò)冗余方案提高了交換機(jī)的重要度。

4 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，推動智能電網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略刻不容緩，不僅有利于提高供電的可靠性及安全性，也便于實(shí)現(xiàn)管理自動化，優(yōu)化質(zhì)量。全文對智能變電站繼電保護(hù)的可靠性及元件重要度進(jìn)行了研究，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)由電子式互感器、合并單元、交換機(jī)、智能終端、同步時鐘等元件組成，影響因素變得更加復(fù)雜和多元化。繼電保護(hù)系統(tǒng)可采用可靠性框圖法，提高其可靠性的方法就是增加系統(tǒng)的冗余性，而系統(tǒng)的冗余性主要取決于裝置冗余度和網(wǎng)絡(luò)冗余度，本文具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]孫鵬,王棟,劉永等.智能變電站繼電保護(hù)可靠性研究[J].中國機(jī)械,2014(22):41-41,42.

[2]李洪義.智能變電站繼電保護(hù)可靠性研究[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展,2015(2):771-771.