智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性研究

馬雋

摘要：由于智能變電站具有智能電子元件多、信息類型復(fù)雜等特點，進而降低了的智能變電站機電保護系統(tǒng)的可靠性，在某何種程度上給變電站的安全平穩(wěn)運行帶來隱患。隨著我國信息化、智能化的快速發(fā)展，以及對智能變電站發(fā)展應(yīng)用的普及，加強智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性迫在眉睫。本文通過對智能變電站、繼電保護相關(guān)內(nèi)容進行闡述，以及對智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性進行分析，進而指出提升其繼電保護系統(tǒng)可靠性的有效措施，進而保障智能變電站的安全運行。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護;系統(tǒng)可靠性

1 引言

我國作為一個工業(yè)大國，人們生活生產(chǎn)的各方面都離不開電力資源，由于經(jīng)濟的發(fā)展，人們的需求也在不斷增加，所以變電站的改革就十分必要。變電站的智能化發(fā)展模式已經(jīng)成為必然趨勢，這其中就包括繼電保護系統(tǒng)的智能化，繼電保護系統(tǒng)直接關(guān)系著整個變電站的穩(wěn)定運行，因此分析研究變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性就具有十分重要的意義。

2 智能變電站及繼電保護內(nèi)容闡述

所謂的智能變電站主要是指通過使用先進可靠、集成與環(huán)保的智能設(shè)備，在變電站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化以及信息共享的要求下，能夠自助實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)信息的采集、測量、保護、計量以及監(jiān)測，同時要求該類型變電站能夠具備電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析以及協(xié)同互動等高級功能。一般來說，智能變電站具有一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的特點，其對智能電子設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的使用，能夠影響變電站的繼電保護系統(tǒng)。繼電保護主要是針對智能變電站系統(tǒng)安全建設(shè)與運行所提供的保護供電設(shè)施。在智能變電站的具體運行中，對于電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障、異常情況，繼電保護通過發(fā)出報警信號、必要的隔離措施，進而對運行的電力系統(tǒng)提供安全保障。當(dāng)前智能變電站繼電保護主要受到智能變電站總體框架、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能電子設(shè)備、電子式互感器以及IEC61850標(biāo)準等五個要素的影響，五個要素之間相互影響、互為依靠。

3 智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性

3.1 提高系統(tǒng)冗余性

提高系統(tǒng)冗余性可以維護繼電保護系統(tǒng)的可靠性和安全性，具體的措施為：利用以太網(wǎng)交換機的數(shù)據(jù)鏈的路層技術(shù)對變電站實時監(jiān)控;在三個基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上形成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的需求，其中，總線結(jié)構(gòu)利用交換機進行數(shù)據(jù)信息的傳送，有減少接線的作用，但是冗余度比較差，所以在使用中，可以通過延長時間增加敏感度，提高冗余性;環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)路上的任何點都可以提供冗余，如果和以太網(wǎng)的交換機進行有機結(jié)合就可以形成樹協(xié)議，也可以提高繼電系統(tǒng)的冗余度，同時還可以在一定的時間范圍內(nèi)實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的控制，但是環(huán)形結(jié)構(gòu)使用時需要的收斂時間比較長，完成任務(wù)的速度比較慢，還會對系統(tǒng)重構(gòu)產(chǎn)生影響;星型結(jié)構(gòu)的等待時間比較短，所以適用于比較高的場合，不存在冗余度，其缺點是一旦主交換機的過程中有了故障，就會對信息傳送產(chǎn)生影響，可靠性相比下來就比較低，所以并不適合進一步推廣普及。想要提高變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性，就要提高系統(tǒng)冗余性，所以選擇繼電保護系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架就要注意結(jié)合實際情況，并對比不同架構(gòu)的優(yōu)缺點，進而選擇出合適的架構(gòu)。此外，由于環(huán)形結(jié)構(gòu)自身的可靠性比較強，所以可以把環(huán)形結(jié)構(gòu)應(yīng)用于母線的保護裝置中，以增強繼電保護系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。環(huán)形結(jié)構(gòu)對母線的保護的可靠性高，可以滿足繼電保護系統(tǒng)對可靠性的要求，且對元件的損害比較小，所以更可以提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

3.2 間隔層的繼電保護

通過間隔層的繼電保護來進一步提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性，首先就要在繼電保護系統(tǒng)中應(yīng)用雙重化的裝置，以集中配置后備保護，因為后備保護可以給變電站的后備設(shè)備、開關(guān)失靈、相鄰的相連的線路以及對端的母線提供保護，進而結(jié)合后備電流就可以準確診斷電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的問題和故障，針對跳閘問題制定解決對策。還可以對整個變電站的電壓按等級進行集中配置，通過技術(shù)進行調(diào)整，以適應(yīng)電網(wǎng)運行過程中的具體情況。

3.3 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

（1）總線結(jié)構(gòu)。總線結(jié)構(gòu)中的交換機可以通過端口和其他交換機進行連接。一般情況下，IED端口的速度沒有上端口快，且交換機的最大數(shù)量由系統(tǒng)最大延時決定?？偩€結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是接線較少，缺點是冗余度較差。（2）星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)的主要特點是系統(tǒng)等待時間相對較少。當(dāng)主交換機和其他交換機進行連接時，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。（3）環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)交換機的優(yōu)點是能夠自行組成閉環(huán)。當(dāng)連接點突發(fā)故障問題時，它可以利用其充足的冗余度進行調(diào)節(jié)。信息在被傳遞的過程中會進行多方面工作，需要消耗寬帶對其進行傳輸。系統(tǒng)內(nèi)部有一個管理交換機，主要是向交換機發(fā)送相應(yīng)指令，使交換機自行檢測環(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。

3.4 進一步提高軟件系統(tǒng)的可靠性以增強繼電保護系統(tǒng)的可靠性

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)飛速發(fā)展的時代背景下，智能變電站繼電保護系統(tǒng)在一定程度上對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求也逐漸增多。為了更好地在這種依賴上實現(xiàn)安全運行，需要提高軟件系統(tǒng)的整體可靠性。在具體操作上，可以使用插值算法來代替時鐘源，通過對時鐘源發(fā)出同步對時信息流，將光纖同步到智能電子設(shè)備中，以確保智能電子設(shè)備的安全正常運行。同時，可以使用軟件積分的形式來增強報文信息的可靠性。SV報文作為繼電保護系統(tǒng)保護單元的數(shù)據(jù)報文，能夠?qū)φ麄€保護系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。通過使用軟件積分，能夠?qū)?shù)據(jù)采集器以及保護系統(tǒng)中的電子設(shè)備的功率損耗進行了解，增強保護系統(tǒng)維修的精確性，進而實現(xiàn)繼電保護系統(tǒng)的可靠性目標(biāo)。

3.5 過程層的繼電保護

這一階段的保護重點應(yīng)該為迅速實現(xiàn)跳閘，保護變電站的變壓器、母線、輸電線路等設(shè)備，進而最大限度地降低電力系統(tǒng)運行的風(fēng)險。其中，對開關(guān)的保護要注意和硬件區(qū)分，進行單獨的保護;輸電線路的保護可以通過開關(guān)電流的不同來實現(xiàn)，在調(diào)整中還可以利用主保護通信口來實現(xiàn)對系統(tǒng)電流的綜合掌控;對母線及變壓器的保護可以通過多端線路進行保護。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著近年來我國電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，在信息技術(shù)深入發(fā)展的今天，智能變電站已成為我國電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。為了進一步保障我國智能變電站的安全正常運行，加強繼電保護系統(tǒng)的可靠性成為當(dāng)前建設(shè)的重要內(nèi)容。通過對智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性進行分析，從硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)中，采取有效措施增強該系統(tǒng)日常運行的穩(wěn)定性，進而為我國電力事業(yè)的發(fā)展提供安全保障。

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