芻議智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性

宋瑩

（國網(wǎng)湖北省電力公司長陽縣供電公司 湖北宜昌 443000）

芻議智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性

宋瑩

（國網(wǎng)湖北省電力公司長陽縣供電公司 湖北宜昌 443000）

智能變電站在結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵上不同于以往的變電站，其運(yùn)行的安全可靠性電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。本文闡述了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對其系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析，探討智能繼電保護(hù)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，明確系統(tǒng)元件重要度區(qū)分，以為智能化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)提供借鑒。

智能變電站；繼電保護(hù)系統(tǒng)；可靠性

1 引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)度中，繼電保護(hù)在對電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行保護(hù)中，主要是對繼電器觸點(diǎn)上進(jìn)行使用，對運(yùn)行元件及整個電力系統(tǒng)等實(shí)施保護(hù)，這就是所謂的繼電保護(hù)。在有故障出現(xiàn)在電力系統(tǒng)中時，將系統(tǒng)故障信號在最短的時間內(nèi)傳送到電網(wǎng)監(jiān)控人員那里，或是把故障設(shè)備用自動化技術(shù)予以切除，將故障設(shè)備對電力系統(tǒng)的損壞上進(jìn)一步給予消除，或是將對相鄰電網(wǎng)的供電影響上予以降低。智能變電站用光纜取代了傳統(tǒng)的電纜，用通過數(shù)字編碼的光信號來取代以前開關(guān)量電信號和傳輸?shù)哪M量，能夠?qū)崟r的監(jiān)控變電站的采樣回路和跳閘回路，進(jìn)而能夠?qū)㈦娋W(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性有效的提升上來。在傳統(tǒng)繼電保護(hù)的前提下，智能變電站的繼電保護(hù)將電子互感器和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用到了其中，將時限的要求添加到了保護(hù)配置方法上，對變電站的運(yùn)行安全上用快速跳閘的方式上行給予有效的保護(hù)。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站的基本特點(diǎn)是信息數(shù)字化和通信網(wǎng)絡(luò)化，其繼電保護(hù)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)變電站點(diǎn)對點(diǎn)方式連接的互感器、斷路器和保護(hù)單元，而是具備更多元件。合并單元將多個互感器采樣數(shù)據(jù)匯集后合并，進(jìn)行格式處理后把數(shù)據(jù)幀傳遞給交換機(jī)。智能終端是一次設(shè)備如斷路器等的智能功能體現(xiàn)者，接受跳合閘及閉鎖信息已控制斷路器動作，同時采集斷路器開關(guān)位置信息傳遞給保護(hù)單元。交換機(jī)及其相關(guān)網(wǎng)絡(luò)替代了傳統(tǒng)二次電纜，作為二次設(shè)備與合并單元之間的信息傳遞平臺，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)設(shè)備之間信息共享。與此同時，為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)對發(fā)生事件的時間序列上的準(zhǔn)確性要求，需要滿足全站設(shè)備的統(tǒng)一對時功能，配置同步時鐘源。通信介質(zhì)和接口必不可少，其連通性對保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行正常與否產(chǎn)生直接影響，通常采用光纖，接口故障和通信故障效果相同，可以將接口視作通信介質(zhì)組成部分。

2.1 電子式互感器

光電子、數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了數(shù)字化的電氣量測系統(tǒng)，并應(yīng)用于變電站的數(shù)據(jù)采集之中。傳統(tǒng)的互感器多為電磁結(jié)構(gòu)，電子式互感器依據(jù)是否需要向傳感頭提供電源，將其分為有源型和無源型兩類，前者體積小，重量輕，可減少變電站的占地面積。電子式互感器沒有因采用油絕緣，杜絕了火災(zāi)、爆炸等危險。非常規(guī)互感器可以提供數(shù)字量輸出，促進(jìn)二次設(shè)備的系統(tǒng)集成，加速整個變電站的數(shù)字化智能化，適應(yīng)了電力計(jì)量和保護(hù)數(shù)字化、智能化的發(fā)展。

2.2 合并單元

合并單元是間隔層功能下放到過程層中的產(chǎn)物，是隨著電子式互感器而產(chǎn)生的。是智能變電站保護(hù)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，它能避免了互感器與保護(hù)裝置之間復(fù)雜的接線工作，降低人力和物力成本，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備之間的數(shù)據(jù)共享。合并單元將電子式互感器傳來的采樣信息進(jìn)行組合，在加入統(tǒng)一的時間標(biāo)簽后，以特定的數(shù)據(jù)格式將采樣信息傳遞至保護(hù)裝置，通過程層采樣值傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

2.3 交換機(jī)

交換機(jī)為核心設(shè)備的以太網(wǎng)絡(luò)代替了傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)以電纜接線為主信息傳輸通道，是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)信息流上一個重要環(huán)節(jié)，成為了智能變電站的關(guān)鍵。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，交換機(jī)的主要功能能建立可靠的信息通道，控制網(wǎng)絡(luò)流量以便于數(shù)據(jù)巾貞有效的交換，此外通過地址學(xué)習(xí)的過程構(gòu)造和維護(hù)交換地址表，以便管理交換操作，保證局域網(wǎng)內(nèi)信息的有效傳遞。交換機(jī)就是智能變電站的中樞神經(jīng)，是通信網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一。網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)是開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型（Open System Internetwork）中的第二層-數(shù)據(jù)鏈路層上的技術(shù)。同步時鐘

2.4 同步時鐘

同步時鐘在智能變電站發(fā)揮著重要的作用，能夠?yàn)槭录樞蛴涗?、故障錄波以及事后?shù)據(jù)分析等方面提供精確的時間基準(zhǔn)，為變電站控制中心提供準(zhǔn)確的操作判據(jù)。智能變電站中信息是通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式傳送，只有統(tǒng)一的時序和時鐘基準(zhǔn)才能保證準(zhǔn)確性、可靠性和有效性。另外，同步始終能描述電網(wǎng)暫態(tài)過程的電流電壓波形、斷路器變位、保護(hù)裝置動作等各種事件發(fā)生的時間序列，在電網(wǎng)運(yùn)行或事故分析提供依據(jù)。

3 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

3.1 可靠性原理

可靠度是系統(tǒng)和元件在規(guī)定的條件和時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。系統(tǒng)的平均失效時間MTTF是系統(tǒng)在規(guī)定的環(huán)境下正常運(yùn)行到下一次發(fā)生故障的平均時間?？捎眯允侵赶到y(tǒng)或設(shè)備其在任何時刻執(zhí)行所規(guī)定的功能的能力?？捎枚仁怯脕肀硎究尚迯?fù)的系統(tǒng)或設(shè)備處于正常工作的穩(wěn)態(tài)概率，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的一個維修系統(tǒng)來恢復(fù)系統(tǒng)的功能。

3.2 可靠性分析

（1）主變保護(hù)與智能終端、合并單元都是采用組網(wǎng)的方式連接，保護(hù)跨接GOOSE雙網(wǎng)，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)采集關(guān)量信息以及傳輸跳閘命令；采用IEC61850-9-2協(xié)議，通過SV網(wǎng)絡(luò)傳輸采樣值信息。在智能變電站中主變壓器保護(hù)，逐漸采用保護(hù)測控一體裝置以充分發(fā)揮智能變電站在應(yīng)用層面的“智能化”。保護(hù)裝置采用保護(hù)CPU和測控CPU分別完成相應(yīng)的功能，測控采樣作為保護(hù)啟動判別的輔助判據(jù)以提高保護(hù)整體的可靠性。

（2）線路保護(hù)的組網(wǎng)方案。數(shù)字化線路保護(hù)裝置模擬量均通過光纖以太網(wǎng)通信獲得，采樣光纖接口為SV接口，和開關(guān)輸入量的光纖接口為GOOSE口。跳閘輸出和開關(guān)量輸入的共用一個GOOSE口，對應(yīng)為GOOSE輸出及GOOSE輸入無需分開。數(shù)字化線路保護(hù)不僅可以滿足線路兩端都是數(shù)字化站的情況，也能與傳統(tǒng)線路保護(hù)配合，共同完成光纖縱差保護(hù)功能。

（3）母線保護(hù)組網(wǎng)模式是指各間隔智能終端提供位置等遙信通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥覆畋Ｗo(hù)裝置。母差保護(hù)動作的GOOSE通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸給各間隔智能終端。保護(hù)與合并單元用組網(wǎng)的方式進(jìn)行連接，采用IEC61850-9-2協(xié)議，通過SV網(wǎng)絡(luò)集采樣值信息。

4 提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的措施

4.1 變壓器配置保護(hù)

變電站配電過程中，電壓額度需要限定，電壓過載或是不足，就會對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，電壓調(diào)節(jié)控制功能由變壓器系統(tǒng)完成，其是變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)重要對象之一，其正常運(yùn)行是繼電保護(hù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的表現(xiàn)之一，因而是影響繼電系統(tǒng)可靠性的重要因素之一。為提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性，變壓器進(jìn)行配電保護(hù)過程中，進(jìn)行分布式配置，實(shí)現(xiàn)變壓器差動功能繼電保護(hù)。而其后備裝置的繼電保護(hù)，則采用集中式配置手段以降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，避免降低保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

4.2 過流電限定保護(hù)

智能變電站運(yùn)行中，受電流過載等外部因素影響，易出現(xiàn)外部斷路，引發(fā)電流過負(fù)荷現(xiàn)象，過負(fù)荷電流雖在電流大小上與正常電流相比沒有較明顯差距，但是容易導(dǎo)致外部故障發(fā)生時的跳閘現(xiàn)象，降低了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。配置中采用電壓限定延時方式，準(zhǔn)確測量各變電線路中電流量，過負(fù)荷電流現(xiàn)象一旦發(fā)生，可以及時向智能終端發(fā)出警報(bào)并由智能系統(tǒng)執(zhí)行保護(hù)命令，有效提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

4.3 繼電保護(hù)系統(tǒng)線路保護(hù)

智能化變電站中，對線路的保護(hù)采用縱聯(lián)差動保護(hù)方式，通常主要的裝置方式分為集中式和后備式，通過合理的配置，使繼電保護(hù)功能更為有效地發(fā)揮出來。該部分的保護(hù)，是繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它控制和保護(hù)各級電壓間的間隔單元，同時完成對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測控制，是提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的有效方法。

5 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)生活對電力系統(tǒng)的出了規(guī)模、電壓等級不斷提高，對電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供電質(zhì)量的要求也在不斷提高。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具備重要作用，通過有效的方法分析其可靠性，采取科學(xué)合理的系統(tǒng)配置手段，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，有效保護(hù)系統(tǒng)重點(diǎn)部位，以保證繼電保護(hù)系統(tǒng)安全可靠，必須在實(shí)際工作中做好智能變電站的繼電保護(hù)，確保供電的安全穩(wěn)定。

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[2]王同文，謝民，孫月琴，沈鵬.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，06：58～66.

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TM76

A

1004-7344（2016）09-0083-02

2016-3-10

宋 瑩（1983-），男，助理工程師，本科，主要從事變電管理工作。