芻議智能變電站繼電保護系統可靠性

宋瑩

（國網湖北省電力公司長陽縣供電公司 湖北宜昌 443000）

芻議智能變電站繼電保護系統可靠性

宋瑩

（國網湖北省電力公司長陽縣供電公司 湖北宜昌 443000）

智能變電站在結構和內涵上不同于以往的變電站，其運行的安全可靠性電網的安全穩定運行具有重要作用。本文闡述了智能變電站繼電保護系統結構，對其系統可靠性進行分析，探討智能繼電保護系統的薄弱環節，明確系統元件重要度區分，以為智能化變電站繼電保護系統優化設計及運行維護提供借鑒。

智能變電站；繼電保護系統；可靠性

1 引言

在電力系統運行和調度中，繼電保護在對電網運行情況進行保護中，主要是對繼電器觸點上進行使用，對運行元件及整個電力系統等實施保護，這就是所謂的繼電保護。在有故障出現在電力系統中時，將系統故障信號在最短的時間內傳送到電網監控人員那里，或是把故障設備用自動化技術予以切除，將故障設備對電力系統的損壞上進一步給予消除，或是將對相鄰電網的供電影響上予以降低。智能變電站用光纜取代了傳統的電纜，用通過數字編碼的光信號來取代以前開關量電信號和傳輸的模擬量，能夠實時的監控變電站的采樣回路和跳閘回路，進而能夠將電網運行的可靠性和安全性有效的提升上來。在傳統繼電保護的前提下，智能變電站的繼電保護將電子互感器和網絡通信技術應用到了其中，將時限的要求添加到了保護配置方法上，對變電站的運行安全上用快速跳閘的方式上行給予有效的保護。

2 智能變電站繼電保護系統結構

智能變電站的基本特點是信息數字化和通信網絡化，其繼電保護系統不同于傳統變電站點對點方式連接的互感器、斷路器和保護單元，而是具備更多元件。合并單元將多個互感器采樣數據匯集后合并，進行格式處理后把數據幀傳遞給交換機。智能終端是一次設備如斷路器等的智能功能體現者，接受跳合閘及閉鎖信息已控制斷路器動作，同時采集斷路器開關位置信息傳遞給保護單元。交換機及其相關網絡替代了傳統二次電纜，作為二次設備與合并單元之間的信息傳遞平臺，實現各系統設備之間信息共享。與此同時，為實現繼電保護對發生事件的時間序列上的準確性要求，需要滿足全站設備的統一對時功能，配置同步時鐘源。通信介質和接口必不可少，其連通性對保護系統運行正常與否產生直接影響，通常采用光纖，接口故障和通信故障效果相同，可以將接口視作通信介質組成部分。

2.1 電子式互感器

光電子、數字信號處理技術的發展促進了數字化的電氣量測系統，并應用于變電站的數據采集之中。傳統的互感器多為電磁結構，電子式互感器依據是否需要向傳感頭提供電源，將其分為有源型和無源型兩類，前者體積小，重量輕，可減少變電站的占地面積。電子式互感器沒有因采用油絕緣，杜絕了火災、爆炸等危險。非常規互感器可以提供數字量輸出，促進二次設備的系統集成，加速整個變電站的數字化智能化，適應了電力計量和保護數字化、智能化的發展。

2.2 合并單元

合并單元是間隔層功能下放到過程層中的產物，是隨著電子式互感器而產生的。是智能變電站保護系統中的重要環節，它能避免了互感器與保護裝置之間復雜的接線工作，降低人力和物力成本，實現二次設備之間的數據共享。合并單元將電子式互感器傳來的采樣信息進行組合，在加入統一的時間標簽后，以特定的數據格式將采樣信息傳遞至保護裝置，通過程層采樣值傳輸技術實現。

2.3 交換機

交換機為核心設備的以太網絡代替了傳統保護系統以電纜接線為主信息傳輸通道，是智能變電站繼電保護系統信息流上一個重要環節，成為了智能變電站的關鍵。在數據傳輸過程中，交換機的主要功能能建立可靠的信息通道，控制網絡流量以便于數據巾貞有效的交換，此外通過地址學習的過程構造和維護交換地址表，以便管理交換操作，保證局域網內信息的有效傳遞。交換機就是智能變電站的中樞神經，是通信網絡的核心設備之一。網絡交換技術是開放式系統互聯模型（Open System Internetwork）中的第二層-數據鏈路層上的技術。同步時鐘

2.4 同步時鐘

同步時鐘在智能變電站發揮著重要的作用，能夠為事件順序記錄、故障錄波以及事后數據分析等方面提供精確的時間基準，為變電站控制中心提供準確的操作判據。智能變電站中信息是通過網絡通信的方式傳送，只有統一的時序和時鐘基準才能保證準確性、可靠性和有效性。另外，同步始終能描述電網暫態過程的電流電壓波形、斷路器變位、保護裝置動作等各種事件發生的時間序列，在電網運行或事故分析提供依據。

3 智能變電站繼電保護系統可靠性分析

3.1 可靠性原理

可靠度是系統和元件在規定的條件和時間內，完成規定功能的概率。系統的平均失效時間MTTF是系統在規定的環境下正常運行到下一次發生故障的平均時間。可用性是指系統或設備其在任何時刻執行所規定的功能的能力。可用度是用來表示可修復的系統或設備處于正常工作的穩態概率，當系統出現故障時產生的一個維修系統來恢復系統的功能。

3.2 可靠性分析

（1）主變保護與智能終端、合并單元都是采用組網的方式連接，保護跨接GOOSE雙網，通過GOOSE網絡采集關量信息以及傳輸跳閘命令；采用IEC61850-9-2協議，通過SV網絡傳輸采樣值信息。在智能變電站中主變壓器保護，逐漸采用保護測控一體裝置以充分發揮智能變電站在應用層面的“智能化”。保護裝置采用保護CPU和測控CPU分別完成相應的功能，測控采樣作為保護啟動判別的輔助判據以提高保護整體的可靠性。

（2）線路保護的組網方案。數字化線路保護裝置模擬量均通過光纖以太網通信獲得，采樣光纖接口為SV接口，和開關輸入量的光纖接口為GOOSE口。跳閘輸出和開關量輸入的共用一個GOOSE口，對應為GOOSE輸出及GOOSE輸入無需分開。數字化線路保護不僅可以滿足線路兩端都是數字化站的情況，也能與傳統線路保護配合，共同完成光纖縱差保護功能。

（3）母線保護組網模式是指各間隔智能終端提供位置等遙信通過GOOSE網絡傳輸到母差保護裝置。母差保護動作的GOOSE通過GOOSE網絡傳輸給各間隔智能終端。保護與合并單元用組網的方式進行連接，采用IEC61850-9-2協議，通過SV網絡集采樣值信息。

4 提高智能變電站繼電保護系統可靠性的措施

4.1 變壓器配置保護

變電站配電過程中，電壓額度需要限定，電壓過載或是不足，就會對電力系統正常運行產生嚴重影響，電壓調節控制功能由變壓器系統完成，其是變電站繼電保護系統重要對象之一，其正常運行是繼電保護系統功能實現的表現之一，因而是影響繼電系統可靠性的重要因素之一。為提升繼電保護系統可靠性，變壓器進行配電保護過程中，進行分布式配置，實現變壓器差動功能繼電保護。而其后備裝置的繼電保護，則采用集中式配置手段以降低系統復雜程度，避免降低保護系統可靠性。

4.2 過流電限定保護

智能變電站運行中，受電流過載等外部因素影響，易出現外部斷路，引發電流過負荷現象，過負荷電流雖在電流大小上與正常電流相比沒有較明顯差距，但是容易導致外部故障發生時的跳閘現象，降低了智能變電站繼電保護系統可靠性。配置中采用電壓限定延時方式，準確測量各變電線路中電流量，過負荷電流現象一旦發生，可以及時向智能終端發出警報并由智能系統執行保護命令，有效提升繼電保護系統可靠性。

4.3 繼電保護系統線路保護

智能化變電站中，對線路的保護采用縱聯差動保護方式，通常主要的裝置方式分為集中式和后備式，通過合理的配置，使繼電保護功能更為有效地發揮出來。該部分的保護，是繼電保護系統的重要內容，它控制和保護各級電壓間的間隔單元，同時完成對電力系統運行狀態檢測控制，是提升繼電保護系統可靠性的有效方法。

5 結束語

隨著經濟的發展，生產生活對電力系統的出了規模、電壓等級不斷提高，對電網安全經濟運行和供電質量的要求也在不斷提高。智能變電站繼電保護系統的可靠性，對電力系統安全穩定運行具備重要作用，通過有效的方法分析其可靠性，采取科學合理的系統配置手段，加強薄弱環節，有效保護系統重點部位，以保證繼電保護系統安全可靠，必須在實際工作中做好智能變電站的繼電保護，確保供電的安全穩定。

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[3]閻忠富.關于智能變電站繼電保護的可靠性探索[J].科技視界，2015，16：250.

TM76

A

1004-7344（2016）09-0083-02

2016-3-10

宋 瑩（1983-），男，助理工程師，本科，主要從事變電管理工作。