智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

董聰 張超

【摘 要】本文基于通用設(shè)計(jì)建立220 kV 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，不同采樣跳閘方式的典型結(jié)構(gòu)，運(yùn)用可靠性框圖法，構(gòu)建智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)，完備的可靠性評(píng)估模型并進(jìn)行定量分析。采用概率靈敏度和元件靈敏度分別評(píng)估“直采直跳”模式下繼電保護(hù)系統(tǒng)的元件靈敏度和重要度。前者給出了繼電保護(hù)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，為優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考；后者揭示了系統(tǒng)元件的重要度，指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)維。研究結(jié)果對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)維和發(fā)展具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】智能變電站 繼電保護(hù) 可靠性框圖 靈敏度 可靠性

智能變電站繼電保護(hù)的安全可靠運(yùn)行對(duì)智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，其可靠性研究也逐步引起學(xué)者和工程技術(shù)人員的興趣。智能變電站繼電保護(hù)的可靠性研究主要集中在可靠性評(píng)估模型、系統(tǒng)的可靠性分析等方面。本文以智能變電站通用設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，建立220kV 繼電保護(hù)系統(tǒng)在不同采樣、跳閘方式下的典型結(jié)構(gòu)；基于可靠性框圖法構(gòu)建完備的系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型，進(jìn)而開展可靠性分析；此外，對(duì)工程普遍應(yīng)用的“直采直跳”模式下保護(hù)系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行分析，以期優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)維。

1太網(wǎng)冗余性

1.1實(shí)施控制

根據(jù)太網(wǎng)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)模型中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，在變電站系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)控制具有重要作用。如：全雙工模式，它能夠在交換機(jī)下對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行發(fā)出，并控制數(shù)據(jù)在輸入以及輸出方式之間的流量問題，從而防止數(shù)據(jù)的丟失情況。對(duì)于優(yōu)先排隊(duì)技術(shù)，能夠在網(wǎng)絡(luò)阻塞形式下，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施優(yōu)先傳輸。對(duì)于虛擬局域網(wǎng)技術(shù)，能夠根據(jù)不同的IED劃分到虛擬局域網(wǎng)中。對(duì)于快速生成樹協(xié)議，主要能夠縮短網(wǎng)絡(luò)的生成時(shí)間。

1.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般為三種，首先，對(duì)于總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它接線比較少，但冗余度確較差，如果在應(yīng)用過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)延時(shí)形式比較敏感，就要實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)延時(shí)效果。對(duì)于環(huán)形結(jié)構(gòu)，主要是物理中斷的冗余度，能夠控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的快速生成樹協(xié)議。但在系統(tǒng)中，由于重構(gòu)時(shí)間比較長(zhǎng)，為交換機(jī)的管理行為增加了較大復(fù)雜性。對(duì)于星形結(jié)構(gòu)來說，它在時(shí)間方式上能夠體現(xiàn)等待方式比較少的優(yōu)點(diǎn)，在通信比較高的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)利用方式。但沒有冗余度，主交換機(jī)中的IED信息就會(huì)丟失，從而降低了星形結(jié)構(gòu)的可靠性。

2對(duì)環(huán)形結(jié)構(gòu)母線保護(hù)可靠性進(jìn)行評(píng)估

2.1相關(guān)方案

因?yàn)榄h(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身具有較高的可靠性，在母線保護(hù)形式中，在各個(gè)終端的刀閘位置是利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)對(duì)母線裝置進(jìn)行保護(hù)的。但由于母線裝置受網(wǎng)絡(luò)流量的限制，在交換機(jī)中對(duì)流量的承擔(dān)比較大，就會(huì)出現(xiàn)單臺(tái)交換機(jī)中較多的單元數(shù)量，從而降低可靠性。一般利用交換機(jī)光纖口來解決這種裝置，要想在接收過程中實(shí)現(xiàn)更多的間隔采樣，就要將多臺(tái)交換機(jī)分擔(dān)帶寬以及利用千兆交換機(jī)。不僅要增加GOOSE交互機(jī)，還要在每臺(tái)交換機(jī)上承擔(dān)各個(gè)單元以及智能終端，從而形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的組件方案。

2.2最小路集節(jié)點(diǎn)遍歷法

由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)比較多，如果利用聯(lián)絡(luò)矩陣法對(duì)最小路集的計(jì)算過程進(jìn)行求解會(huì)比較復(fù)雜。所以為了使計(jì)算方法能夠更有效、更準(zhǔn)確，就要利用最小路集節(jié)點(diǎn)遍歷法來實(shí)現(xiàn)。該方法是在輸入節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)相關(guān)的搜索路線，對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)施訪問行為，最后在輸出節(jié)點(diǎn)停止工作。并根據(jù)輸入節(jié)點(diǎn)以及輸出節(jié)點(diǎn)之間的路程，也就是系統(tǒng)的最小路集。在計(jì)算過程中，不僅要判斷出節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前行為上是否與之前節(jié)點(diǎn)發(fā)生重復(fù)、判斷出節(jié)點(diǎn)之間是否為最小路集，還要判斷出是否已經(jīng)找到了所有的最小路集。

2.3可靠性計(jì)算方法

要實(shí)現(xiàn)保護(hù)行為的可靠性，就要利用最小路集節(jié)點(diǎn)遍歷法以及最小路集的不交化法。然后在各個(gè)元件中存在的故障率，對(duì)木母線路實(shí)施保護(hù)行為。在計(jì)算過程中，一般要計(jì)算出母線保護(hù)數(shù)值，母線保護(hù)的可用度以及不可用度。

智能變電站繼電保護(hù)在智能變電站運(yùn)行中能夠?qū)崿F(xiàn)安全性與可靠性，根據(jù)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，能夠改變系統(tǒng)利用形式，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)期間的可靠性，在發(fā)展形式上具有重要意義。山東汶上縣供電公司為了提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，利用太網(wǎng)結(jié)構(gòu)繪制的冗余性，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中對(duì)母線保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠性措施。

3結(jié)語(yǔ)

在智能變電站繼電保護(hù)元件可靠性評(píng)估參數(shù)基礎(chǔ)上，研究結(jié)果表明：1）與常規(guī)站繼電保護(hù)相比，智能站保護(hù)系統(tǒng)的可靠性均有不同程度下降。2）對(duì)于智能站線路保護(hù)、主變保護(hù)等間隔型保護(hù)，綜合考慮系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及連接的清晰性，采用“直采直跳”模式較為合理；而對(duì)于跨多間隔的母線保護(hù)，在保護(hù)“四性”有保障的前提下，綜合考慮母線保護(hù)設(shè)備光口數(shù)量、保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)可靠性等多種因素，采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”且 SV和 GOOSE 共網(wǎng)傳輸是最佳方案。3）在智能站保護(hù)系統(tǒng)采用外部對(duì)時(shí)源時(shí)，各種保護(hù)系統(tǒng)的可靠性均有不同程度下降。因此，在目前外部對(duì)時(shí)源自身可靠性不夠高的情況下，保護(hù)系統(tǒng)不依賴外部對(duì)時(shí)源可顯著提高系統(tǒng)可靠性。故現(xiàn)行規(guī)程提出“保護(hù)系統(tǒng)不依賴外部對(duì)時(shí)系統(tǒng)完成保護(hù)功能”是合理且必要的。4）在智能站保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工過程中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)和提高系統(tǒng)元件間連接光纖的可靠性，增加備用芯，確保光纖施工質(zhì)量；在智能站保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)維過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注合并單元、智能終端和交換機(jī)等新型智能電子設(shè)備。

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