數(shù)字化變電站繼電保護的可靠性建模研究

1.梁思博 1.李威克 2.姚新光

1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司檢修公司 2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司物資公司

數(shù)字化變電站繼電保護的可靠性建模研究

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變電站在電力系統(tǒng)中擔任著轉(zhuǎn)變電壓、控制電壓、控制電流方向、接受和分配電能任務(wù)的電力樞紐裝置角色，它是整個電力系統(tǒng)配電與輸電的控制中心。目前我國的電力信息化技術(shù)仍處于起步階段。現(xiàn)階段，對各種信息化的變電站技術(shù)處于開發(fā)、創(chuàng)新、研究階段，并且信息化變電站與傳統(tǒng)變電站有著本質(zhì)上的區(qū)別，為了維持變電站的正常運行，對繼電保護的研究非常有必要?；诖耍疚膶⒅胤治鎏接憯?shù)字化變電站繼電保護的可靠性，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

數(shù)字化變電站；繼電保護；可靠性

1、數(shù)字化變電站繼電保護軟硬件可靠性

1.1 硬件系統(tǒng)可靠性

1)特定GOOSE插件的使用。為了保證能夠接受和處理正常應(yīng)用報文，應(yīng)配置特定的GOOSE插件，而且為了保證信息處理的實效性，該插件上的網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)直接與保護DSP相連。2)光源輸出功率的監(jiān)視?？稍诤喜⑵魃涎b設(shè)光源輸出功率監(jiān)視模塊，對互感器光功率輸出實施實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)功率衰耗過大問題。3)雙A/D系統(tǒng)的接入。4)光纜施工工藝的優(yōu)化?？赏ㄟ^光纜施工工藝的優(yōu)化來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约胺€(wěn)定性。5)雙重化配置交換機。有必要采取相關(guān)措施來應(yīng)對交換機故障對繼電保護產(chǎn)生的影響，可通過雙重化配置的應(yīng)用來防止由于單個交換機故障而導(dǎo)致的全套繼電保護裝置崩潰現(xiàn)象。

1.2 軟件系統(tǒng)可靠性

1)插值算法的使用。插值算法無需依賴外部時鐘，其嚴格按照等間隔采樣，繼電保護裝置根據(jù)固定的傳變延時進行補償和插值計算，在同一時刻進行重采樣，實現(xiàn)各間隔電子式互感器采樣值的同步，提高保護裝置可靠性。2)軟件積分的應(yīng)用。Rogowski原理的電子式電流互感器輸出信息需經(jīng)積分處理，方能獲得被測電流信號。主要采取在采集器中硬件積分和合并單元處軟件積分兩種方式。4) GIS綜合監(jiān)控平臺?；贕IS的綜合監(jiān)控平臺是建立在配電GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以實現(xiàn)后臺監(jiān)控系統(tǒng)對故障點邏輯相關(guān)信息的判斷分析和自動提取相關(guān)信息的功能為根本目的，非常符合配電網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的需要。

2、數(shù)字化變電站繼電保護可靠性措施

2.1 對時回路的可靠性計算

要想實現(xiàn)基于對時操作的合并單元、保護單元以及智能終端等元件的順利運營，必須確保對時回路的暢通?；诖?，可將設(shè)備自身具有的可靠性納入對時回路可靠性范疇，以形成修正后元件的可靠性，具體如下式所示。

式中：R′MU、R′PR、R′IT-修正后的保護單元、合并單元以及智能終端的可靠度；LTS-MU，i、LTS-PR，i、LTS-IT，i-同步時鐘源到保護單元、智能終端、合并單元的第條最小路徑；n-最小路徑數(shù)量。

L只存在一條最小路徑，也就是同步時鐘源—傳輸介質(zhì)—對時元件的路徑。其中，對于合并單元修正元件的可靠度，具體的計算公式為：

式中：RTS、RTM、RMU代表同步時鐘源、傳輸介質(zhì)、合并單元的具體可靠度。此外，網(wǎng)絡(luò)對時方式因需要加入交換機網(wǎng)絡(luò)，在一定程度上增加了對時回路拓撲結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，此時，最小路徑的數(shù)量n也隨之增多，但其可靠性計算方式與式上面式子相同。

2.2 SV回路和GOOSE回路的可靠性計算

GOOSE回路與SV回路的差異主要是等待計算的終端節(jié)點、二端網(wǎng)絡(luò)起始節(jié)點的不同，計算方法如下式所示。

式中：RSV、RGOOSE為SV、GOOSE回路的可靠性；LMI-PR，i與LPR-BR，i為互感器到保護單元以及保護單元至斷路器的第i條最小路徑。其中，上式表示一套保護相對應(yīng)的一個互感器的情況。通常情況下，當一套保護與n個互感器相對應(yīng)時，若是這些互感器之間不屬于冗余配置，那么就需要確保相對應(yīng)的每一條互感器SV回路的暢通，并且，其之間應(yīng)當為串聯(lián)的關(guān)系，也就是：

式中：RSVi(i=1，2，…n)為第i個互感器所對應(yīng)的SV回路的具體可靠性。但如果是冗余配置，則只需要確保一條SV回路的暢通，就能夠確保其順利運行，此時應(yīng)當處于并聯(lián)的關(guān)系，也就是：

式中為一套保護對應(yīng)斷路器的情況，斷路器通常是很少進行冗余配置的，但是當一套保護控制n臺斷路器時，其之間的GOOSE回路為串聯(lián)關(guān)系，也就是：

式中：RGOOSEi(i=1，2…n)為第i個斷路器對應(yīng)的GOOSE回路的實際可靠性。但需要特別注意的是，在上述路集計算中，如果要計算合并單元、智能終端以及保護單元的可靠度，需采用式(1～3)，并利用對時回路修正之后的可靠度來替代。

2.3 系統(tǒng)整體可靠性計算

只有確保SV回路、GOOSE回路的順利運行是其一起的，就可形成一套保護，由此可知，基于繼電保護系統(tǒng)的可靠性，兩回路之間應(yīng)當是串聯(lián)的關(guān)系，主要可通過式計算得出。同時，對于數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性，其計算公式如下所示：

式中：RSYS為整個繼電保護系統(tǒng)的可靠性。此外，當保護單元存在冗余配置情況時，需要對每一套保護相對應(yīng)的SV回路、GOOSE回路的可靠性進行分別的計算，最終的各套保護之間存在的并聯(lián)關(guān)系就是整個繼電保護系統(tǒng)的可靠性，也就是：

式中：RSYSi為第i套保護所對應(yīng)的繼電保護系統(tǒng)的可靠性。但在計算繼電保護系統(tǒng)可靠性時，當展開上述計算公式之后，還要嚴格在遵循布爾代數(shù)運算原則的前提下，進行相應(yīng)的合并計算，之后還要將需要相乘的同類項合并成一項，以獲得最后的繼電保護系統(tǒng)可靠性計算公式，然后再將相應(yīng)的數(shù)值帶入進行必要的計算。

總而言之，隨著電子技術(shù)、光纜傳播技術(shù)等不斷發(fā)展，我國變電站逐步實現(xiàn)了由傳統(tǒng)向信息化的轉(zhuǎn)變。繼電保護裝置是維持變電站正常、穩(wěn)定、安全運行的重要因素，但隨著信息化程度逐漸加深，舊的繼電保護調(diào)試方案已經(jīng)無法適應(yīng)數(shù)字化變電站，數(shù)字化變電站繼電保護調(diào)試技術(shù)的研究迫在眉睫。這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現(xiàn)進一步研究探討。

[1]王超，王慧芳，張弛，劉瑋，李一泉，何奔騰.數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性建模研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2013，03：8-13.

[2]汪洋.數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性研究[D].安徽理工大學(xué)，2015.