智能變電站繼電保護可靠性研究

李俊良 劉奇 孫嘉翼

(國網山東省電力公司聊城供電公司,山東聊城 252000)

智能變電站繼電保護可靠性研究

李俊良 劉奇 孫嘉翼

(國網山東省電力公司聊城供電公司,山東聊城 252000)

隨著我國電力系統的不斷發展,國家對電網的供電質量及其運行狀況的要求正不斷提高,因此智能電網的建設至關重要。智能變電站繼電保護加強了繼電保護的可靠性,保障了信息的實時性和安全性。對智能變電站繼電保護系統進行可靠性評估具有實際意義及較大的理論價值,能否建立準確有效的可靠性評估體系同時也決定著智能變電站能否大規模的建設。

智能變電站 繼電保護 可靠性

為了提供優質環保且經濟安全的電能，國家要求電力行業大力發展智能電網以提供大規模的電力傳輸。隨著電力系統的不斷發展，國家對電網的要求也不斷提高，推動智能電網發展的戰略，有利于提高供電的可靠性及安全性，實現管理自動化，優化質量，下文就智能變電站繼電保護的可靠性進行分析。

1 智能變電站

伴隨著智能電網的提出，智能變電站成為建設智能電網必不可少的存在。智能變電站與數字化變電站密不可分但又區別于數字化變電站，它們在技術特征上是一致的，而智能變電站更注重于目的與結果，其智能化設備具有環保、可靠及低能耗的特點，能自動實現信號采集、實時監控等功能。智能變電站在信息傳輸上有了重大突破，隨著電子技術和通信網絡技術的發展，二次系統的數字化和智能化進一步加強了其基本功能，并提升了其高級應用功能，比如實時自動化控制，智能調節等。智能變電站主要是采用了新型的電子式互感器，使變電站自動化技術得到巨大跨越。從物理層面來看，智能變電站一次設備的數字化智能化以及二次設備的網絡化加強了兩者之間的連接；從邏輯層面來看，智能變電站功能分散、數據共享，對通信有了更高的要求。智能變電站的主要技術特征體現在數據采集數字化，系統建模標準化，信息交互網絡化，信息應用集成化，設備檢修狀況化五個方面，實現了電氣量數據采集的數字化應用和站內信息共享，加強了系統之間的集成，提高了系統的可用率，是數據更安全，更有效。

2 繼電保護系統

智能變電站繼電保護系統由電子式互感器、合并單元、交換機、智能終端、同步時鐘等元件組成。電子式互感器因其無磁飽和現象可以有效提高保護故障測量的準確性及保護裝置的正確動作率，利用光纜塑造絕緣結構，經濟環保且安全，電子式互感器提供的數字量輸出，加速了智能變電站的數字化智能化，具有長遠發展性，從而取代了傳統電磁式互感器。智能變電站能夠運轉的一個重要環節即是交換機的運用，交換機是通信網絡的核心設備之一，是主要的信息傳輸通道，通過建立可靠的信息通道控制網絡流量，為管理交換操作提供了方便，并保證了信息的有效傳遞。智能終端可以實現設備的實時狀態檢修及智能化控制，有效地對斷路器進行開斷控制并實時接收斷路器的運行狀態，提高了運行效率。同步時鐘技術在智能變電站中起著中流砥柱的作用，確保數字信號的采集與傳輸統一時序和時鐘基準，而同步時鐘技術就可保證其可靠性和準確性。合并單元也是因電子式互感器而產生的，用于對采樣信息進行組合，避免了復雜的接線工作，有利于數據共享，也是必不可少的一個環節。

3 可靠性研究

3.1 現狀

智能變電站繼電保護與原來的獨立繼電保護裝置有較大不同，其功能被分解，從而使影響因素變得更加復雜和多元化。曾經的繼電保護系統主要面向保護對象設置，通過冗余繁雜的硬件來保證其可靠性，而智能變電站的繼電保護系統面臨著更多的約束條件及復雜性能，因此需要引入新型的可靠性分析法來解決這些難題。

3.2 可靠性分析

系統的可靠性可以根據故障后系統能否修復而分為可修復系統和不可修復系統，而智能變電站繼電保護系統則隸屬于可修復系統。首先必須對智能變電站繼電保護系統建立可靠性模型，由于其結構的復雜性與多元性，可以采用可靠性框圖法，既能清晰地觀察出各組件之間的邏輯關系，又能簡化運算過程。可靠性框圖法主要適用于相互獨立的可修復系統，體現了各個功能單位之間的邏輯連接，值得一提的是，它是以元件失效影響的分析為基礎的。常見的可靠性框圖有串聯結構、并聯結構、網絡結構。串、并聯結構是較為簡單的兩種可靠性模型，但對于較為復雜的大型網絡系統，便可使用網絡系統可靠性方法，例如最小路集法、最小割集法、刪去留下不交化算法等。元件的重要性分析也是可靠性分析中的一部分，而元件的重要性取決于元件在系統中的位置及元件自身的可靠度。重要性的衡量往往可以作為一個系統可靠度的衡量，可以通過識別薄弱點來提高整個系統的可靠性。元件的可靠性取決于元件的質量與數量，高質量元件與量化的元件都可以大幅提高系統的可靠性，減少系統的負荷，提高系統的可修復性。元件的重要性分析還可以幫助設計者識別在設計中占核心地位的元件，從而對其進行著重保護，通過對各個元件的重要性衡量可以進行合理的維修分配及檢查資源分配，提高工作效率，增強系統的可靠性，提高元件及系統的壽命。衡量元件重要度的方法主要有Birnbaum重要度、關鍵重要性、參數敏感度等，不同的重要度衡定方法適用于系統的不同情形。

3.3 增強可靠性的措施

系統提高其可靠性的方法就是增加系統的冗余性，而系統的冗余性主要取決于裝置冗余度和網絡冗余度。對于以太網的冗余性，有三種基本的網絡結構，總線型結構接線少但冗余度差，環型結構對任一連接點的故障都能提供一定的冗余。可以將網絡重構時間控制在秒內，但系統重構時間長并且復雜性及難度提高。星型結構等待時間最少但是沒有冗余度，所以可靠性很低。通過比較可以發現環型結構是可靠性較高的一種方案，其可靠性框圖較為復雜，計算過程也十分復雜，但可通過最小路集進行可靠性計算，另外環型網絡冗余方案提高了交換機的重要度。

4 結語

隨著電力系統的不斷發展，推動智能電網發展的戰略刻不容緩，不僅有利于提高供電的可靠性及安全性，也便于實現管理自動化，優化質量。全文對智能變電站繼電保護的可靠性及元件重要度進行了研究，智能變電站繼電保護系統由電子式互感器、合并單元、交換機、智能終端、同步時鐘等元件組成，影響因素變得更加復雜和多元化。繼電保護系統可采用可靠性框圖法，提高其可靠性的方法就是增加系統的冗余性，而系統的冗余性主要取決于裝置冗余度和網絡冗余度，本文具有較大的現實意義。

[1]孫鵬,王棟,劉永等.智能變電站繼電保護可靠性研究[J].中國機械,2014(22):41-41,42.

[2]李洪義.智能變電站繼電保護可靠性研究[J].商品與質量·建筑與發展,2015(2):771-771.