智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

曹維達(dá) 趙曉明

【摘 要】目前，隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，電力成為了整個社會中不可缺少的重要資源。對于電力的輸送來說，電網(wǎng)具有非常重要的作用。只有電網(wǎng)正常工作，才可以保證電力能夠正常傳輸。在電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作又具有非常重要意義。從本質(zhì)上來說，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的存在，就是保證供電安全、電網(wǎng)正常運(yùn)行的前提條件。在本文中，針對智能站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性問題進(jìn)行了分析，并提出了一些措施，以期為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；繼電保護(hù)；可靠性分析

中圖分類號：TL48 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

在科學(xué)技術(shù)不斷復(fù)雜化的過程中，各種先進(jìn)的技術(shù)也開始在社會的各個行業(yè)中得到了非常廣泛的使用。在電力行業(yè)中，也積極地引入了很多先進(jìn)的高科技技術(shù)。這些高科技技術(shù)的應(yīng)用，也使得電力行業(yè)開始向智能化的方向發(fā)展。如今，智能電網(wǎng)已經(jīng)投入運(yùn)營。在電力系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行過程中，智能變電站的存在，就是為了保證智能電網(wǎng)能夠安全、可靠地運(yùn)行，而繼電保護(hù)系統(tǒng)在保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行中有著極為重要的作用。

1關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容

智能變電站功能上分為站控層、間隔層、過程層。過程層包含合并單元、智能終端等設(shè)備，是一次設(shè)備的數(shù)字化接口；間隔層包括測控、保護(hù)、計(jì)量等裝置，采集本間隔一次設(shè)備的信號，操作控制一次設(shè)備，并將相關(guān)信息上送給站控層設(shè)備；站控層是利用全站信息對全站一二次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制以及與遠(yuǎn)方控制中心通信。

2智能變電站繼電保護(hù)可靠性評估

2.1評估參數(shù)評估的基本思路是分析一系列可能發(fā)生故障的元器件，構(gòu)成系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。根據(jù)變電站運(yùn)行維護(hù)規(guī)定[4]的要求，對于可修復(fù)元件，其故障率和修復(fù)率都是確定的，具體數(shù)值廠家或者由統(tǒng)計(jì)信息可以得到。本文考慮評估的智能變電站元件包括合并單元[5]、智能終端[6]、智能保護(hù)設(shè)備、交換機(jī)、傳統(tǒng)設(shè)備、操作箱、電纜、光纖、同步時鐘源。

2.2評估指標(biāo)本文選用有效概率和無效概率作為評估保護(hù)系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)系統(tǒng)的有效是指系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的動作。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的無效又包含誤動和拒動兩種

2.3算例分析

對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性稍微有所下降，這是由于智能變電站雖然用光纜代替了大量的二次電纜，但是也增加了智能終端和合并單元等新型智能設(shè)備。信息傳遞的可靠性高了，但是設(shè)備的不確定因素增多。

3智能變電站繼電保護(hù)裝置自動測試系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)思路和框架

以現(xiàn)有的只能繼電保護(hù)測試儀為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)與之相匹配的自動測試系統(tǒng)軟件，這樣就能夠在較短的時間內(nèi)形成一套繼電保護(hù)裝置的自動測試系統(tǒng)。要讓系統(tǒng)正常工作，就需要在程序之間實(shí)現(xiàn)通信，而這一點(diǎn)可以通過套接字來實(shí)現(xiàn)，在自動測試系統(tǒng)軟件與測試儀客戶端軟件之間建立起溝通橋梁，從而能夠下發(fā)控制命令，能夠?qū)y試結(jié)果進(jìn)行反饋。以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，利用MMS通信協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)與被測繼電保護(hù)裝置之間的單播通信，這樣就能夠下發(fā)保護(hù)裝置控制命令，還能獲取繼電保護(hù)裝置的工作狀態(tài)信息，以及遙信變位信息等。如此以來，自動測試系統(tǒng)軟件就能夠控制測試任務(wù)的，對測試結(jié)果做出判斷，以達(dá)到全自動閉環(huán)測試的目的。

3.2自動測試控制流程的設(shè)計(jì)

智能變電站繼電保護(hù)裝置的自動測試工作，是由兩部分組成的，一部分為測試前的準(zhǔn)備工作，一部分為測試執(zhí)行工作。在測試執(zhí)行工作中，測試開始時，要先判斷是否有待測用例，如果沒有，則直接生成報(bào)告，測試結(jié)束。如果有待測用例，則要對用例進(jìn)行規(guī)范性檢查，當(dāng)檢查不通過時，生成測試報(bào)告，測試結(jié)束。當(dāng)檢查通過時，就需要執(zhí)行測試用例，進(jìn)行測試條件準(zhǔn)備，包括修改定值、投退壓板等，再進(jìn)行驅(qū)動測試儀的輸出，對測試儀結(jié)果反饋、保護(hù)變位信息檢查結(jié)果等作出綜合判斷，將判斷結(jié)果生成測試報(bào)告，這時就會自動結(jié)束測試。

4提升智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的策略

4.1通過數(shù)字化保障繼電保護(hù)的性能

加強(qiáng)重視互感器的傳輸性能，以減少互感器故障，降低其他因素對繼電保護(hù)造成的影響。這能夠保證傳輸電氣量信息的真實(shí)性和有效性，同時提高繼電保護(hù)裝置的性能。合理利用數(shù)字化，通過數(shù)字化的組網(wǎng)方式分析和計(jì)算數(shù)據(jù)，可以有效提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而保證繼電保護(hù)的性能。

4.2網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)總線結(jié)構(gòu)

總線結(jié)構(gòu)中的交換機(jī)可以通過端口和其他交換機(jī)進(jìn)行連接。一般情況下，IED端口的速度沒有上端口快，且交換機(jī)的最大數(shù)量由系統(tǒng)最大延時決定。總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是接線較少，缺點(diǎn)是冗余度較差。星型結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)等待時間相對較少。當(dāng)主交換機(jī)和其他交換機(jī)進(jìn)行連接時，能夠有效縮短系統(tǒng)的等待時間。這種結(jié)構(gòu)不具有冗余度，在出現(xiàn)故障時，可能會造成所有IED信息的遺失，從而降低了星型結(jié)構(gòu)的可靠性。環(huán)形結(jié)構(gòu)交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠自行組成閉環(huán)。當(dāng)連接點(diǎn)突發(fā)故障問題時，它可以利用其充足的冗余度進(jìn)行調(diào)節(jié)。信息在被傳遞的過程中會進(jìn)行多方面工作，需要消耗寬帶對其進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)內(nèi)部有一個管理交換機(jī)，主要是向交換機(jī)發(fā)送相應(yīng)指令，使交換機(jī)自行檢測環(huán)路。信息在環(huán)路中傳送的時候會停止流動，從而終止傳輸。

4.3保障光纖鏈路完好

智能站使用光纖進(jìn)行信號的傳輸，鏈路是否正常關(guān)系到繼電保護(hù)系統(tǒng)能否可靠工作。在日常缺陷處理中，發(fā)現(xiàn)智能站相當(dāng)一部分的缺陷是因?yàn)殒溌凡煌?，而鏈路不通的原因又大部分是由光纖斷掉造成的。這就要求，在設(shè)計(jì)智能站的二次回路時，敷設(shè)光纖的時候要留有備用芯。同時，在日常運(yùn)維過程中，做好防小動物措施，防止光纜光纖被小動物咬斷。在工作中，作業(yè)人員應(yīng)該小心謹(jǐn)慎對待光纖，防止光纖因過度彎折而損壞。2.3 提升采樣實(shí)時性和同步性智能變電站信息交換采用的是網(wǎng)絡(luò)傳輸，對采樣的實(shí)時性和同步性要求較高。對于網(wǎng)絡(luò)傳輸，大量數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，必然會出現(xiàn)延時問題，如：傳輸延時、交換機(jī)延時等。這就需要選用質(zhì)量好、抗干擾能力強(qiáng)的交換機(jī)，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時采樣。繼電保護(hù)裝置需要獲取同步數(shù)據(jù)，才能正確作出判斷。如果發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，可能導(dǎo)致裝置誤動作。在同一個時間點(diǎn)獲取電氣量的幅值和相位，減少傳輸誤差，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)的分析、比較，從而提高繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

4.4及時做好異常問題的處理

在整個電力系統(tǒng)中，涉及到各種各樣的電力設(shè)備和電子組成元件。不同的元件，出現(xiàn)故障時現(xiàn)象也不一樣。這就需要明確電網(wǎng)正常狀態(tài)與故障狀態(tài)的區(qū)別，提升故障診斷水平，從而更好地診斷故障問題，也能夠及時地做好應(yīng)急處理工作，保證繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)地運(yùn)行。在日常巡視巡查工作中，應(yīng)及時做好缺陷記錄，按嚴(yán)重程度安排檢修計(jì)劃，及時消除可能影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的缺陷。同時，對于存在缺陷的插件或者裝置，應(yīng)及時安排升級或者更換，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語

總之，我國智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)在改革開放后 取得了建設(shè)性的發(fā)展成果，其覆蓋率持續(xù)擴(kuò)大，也滿足了越來越多偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電需求。但是，在其 發(fā)展過程中也存在很多問題，通過分析和針對性的建 議探討，以期對我國智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展有所助益。

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（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司聊城供電公司）