智能變電站繼電保護系統可靠性分析

萬林豪

文章編號：2095-6835（2016）13-0126-02

摘 要：介紹了智能變電站繼電保護系統的結構及元件組成，分析了影響智能變電站繼電保護系統可靠性的各種因素，準確地評估了智能變電站繼電保護系統的可靠性，并從繼電保護系統設計和元件組成兩方面入手找出了繼電保護中存在的不足，以提高智能變電站繼電保護系統的可靠性。這給進一步研究智能變電站繼電保護系統的優化提供了重要理論，對供電企業進一步推進變電站智能化具有一定的指導意義。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；可靠性；跳閘方式

中圖分類號：TM76；TM77 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.126

為了解決電力資源分布不均勻的問題，促進電能向節能環保的發展，加快電力系統的改革與發展，我國計劃于2020年前完成智能電網的全面建設。智能電網是在原有的電網基礎上利用信息、通信及計算機技術集成的新型智能化電網，相比原有電網能實現電能運輸、管控的一體化和自動化，具有安全、節能、環保、高效等優點。智能變電站的建設是構建智能電網的基礎，智能變電站是在結合電子網絡通信技術的以太網數字化變電站的基礎上加強自動化、智能化管控的變電站。

繼電保護是保障智能變電站得以高效運行的關鍵。在智能變電站繼電保護系統中，傳統變電站原有的設備連接電纜由光纖取代，分成變電站層和過程層。智能變電站繼電保護系統的結構及元件組成影響著智能化電網的安全、穩定運行，因此對智能變電站繼電保護系統進行準確的可靠性評估關系著智能電網的全面建設。本文主要對對智能變電站繼電保護的可靠性評估及優化進行研究。

1 智能變電站及其繼電保護

1.1 智能變電站

智能變電站是在運用電子通信網絡技術的二次系統的基礎上集成信息測量、采集及控制的應用模式，以實現電網實時數字化、智能化和自動化控管。智能變電站的主要特征在于數字化的數據采集模式、網絡化的信息交互模式、集成化的信息應用和狀態化的設備檢修。

與傳統變電站的常規互感器相比，智能變電站使用了新的電子式互感器，利用高速以太網對電壓、電流的模擬數字信號進行采集和傳輸，使用智能斷路器等設備實現變電站的自動化。

1.2 智能變電站繼電保護

基于IEC61850協議的智能變電站繼電保護與傳統的站控層和間隔層結合的體系結構不同，主要分為過程層和間隔層。智能變電站繼電保護系統的主要元件為交換機、合并單元、網絡接口、智能終端、電子互感器、同步時鐘源等。智能變電站可將采集的信息匯總并傳遞至繼電保護裝置。繼電保護系統接收命令后進行斷路器的跳合闡，并反饋信息。

2 智能變電站繼電保護系統的可靠性分析

可靠性是通過計算系統及元件在特定的環境、時間及條件下正常運作的概率來反映系統及其元件的完整程度的指標。系統能否進行修復對其可靠性的影響較大，因此，在分析智能變電站繼電保護系統的可靠性時，應考慮到智能變電站繼電保護系統屬于可修復系統。繼電保護系統的結構及其元件組成是影響繼電保護系統可靠性的兩大因素。下面我們對繼電保護系統的結構及元件組成進行分析。

2.1 智能變電站繼電保護系統的結構

220 kV 智能變電站按SV和GOOSE的傳輸是否共網等不同的采樣、跳閘方式分為以下幾種不同的繼電保護系統典型結構：①直采直跳。繼電保護設備采用光纖直連采樣和跳閘，僅存在部分支路。②網采直跳。SV和GOOSE獨立組網或共網。③直采網跳。繼電保護設備直接采樣，利用GOOSE網絡跳閘。④網采網跳。繼電保護系統的采樣、跳閘均通過SV和GOOSE單獨或共網絡實現。

過程層網絡是智能變電站繼電保護系統的主要結構，繼電保護系統需要通過過程層網絡進行信息的采集和斷路器的控制。GOOSE報文及采樣值SV報文能確保繼電保護系統的實時運作。

2.2 智能變電站繼電保護系統的元件

智能變電站繼電保護系統的主要元件為交換機、合并單元、網絡接口、智能終端、電子互感器、同步時鐘源等。

與傳統的電磁互感器相比，電子式互感器具有無磁飽和、測量準確、經濟、小巧輕便、數字化、安全等諸多優點。根據傳感頭電源的不同，電子式互感器可分為有源型和無源型。

合并單元能夠實現過程層采樣傳輸，通過接收時間標記電子式互感器傳輸的采樣信息，將數據傳送到繼電保護設備。合并單元無需傳統繼電保護裝置之間復雜的接線工作，節約了成本，同時實現了數據共享。

交換機作為智能以太網絡的重要節點，在數據鏈路層上實現了數據幀的交換。隨著交換技術的不斷發展，信息流傳遞速度逐漸加快。當前使用的虛擬局域網（VLAN）通過劃分智能單元，大大提高了通信效率。此外，對交換機的環路進行邏輯通斷端口設置后，智能電網的運行更加穩定。

智能終端可以實現對斷路器的實時監控，通過收集設備內部的各種數據檢測斷路器的運行情況。對斷路器進行實時狀態檢修，能夠預防并及時解決設備出現的問題及故障。智能終端既可以接受控制斷路器開斷的命令，也可以反饋斷路器的運行情況。

同步時鐘用于保證智能電網信號采集和傳輸的統一時序，確保智能電網運行的可靠性和準確性。同步時鐘能夠為電網運行過程中數據的采集和傳輸記錄正確的順序，以保證后續操作的準確性。目前，同步時鐘源主要使用GPS（全球定位系統）。變電站內的對時裝置接收GPS的時間信號發出同步脈沖，所有裝置接收并解出同步計時點并校正。

3 提高繼電保護系統可靠性的方法

要想提高智能變電站繼電保護系統的可靠性，就要從繼電保護系統的設計及設備組成這兩方面進行優化。

優化繼電保護系統的設計要做到以下幾點：①根據具體情況建立合適的繼電保護系統模式。對于智能站的間隔型保護，可以采用直采直跳的模式；對于多間隔型保護，應采用SV和 GOOSE 共網傳輸的網采網跳模式。②在電壓限定延時的條件下測量電流量，以確保電流過負荷時能及時發出警報，提高繼電保護的可靠性。③對繼電保護的站控層和間隔層進行雙重保護，除了依靠斷路器的自動開斷外，還要啟動后備保護系統，防止開關失靈。針對電網運行的情況優化運行方案，提高智能變電站繼電保護的可靠性。④利用可視化技術對智能變電站的故障信息進行可視化處理。這樣有助于及時發現并處理故障。

優化繼電保護的設備組成包括以下三方面的內容：①對系統的斷電器、母線、輸電線路和變壓器等設備進行優化，保證電網的安全、穩定運行，從而降低系統運行的風險。②優化繼電保護的變壓器配置，防止電壓過高或過低影響電網運行；保證變壓器實現有效的差動繼電保護并接通斷路器進行繼電保護。③加強電網的線路保護工作。對線路進行集中式和后備式保護，并對整個系統進行監測，以提高光纜的穩定性，降低電子干擾。

4 結束語

在智能電網全面建設的過程中，智能變電站繼電保護系統的可靠性研究顯得尤為重要。而提高智能變電站繼電保護可靠性的方法有許多，因此，應該結合變電站的實際情況及需要，采取合適的方法來確保智能電網的安全、穩定、高效運行。

參考文獻

[1]谷磊.智能變電站繼電保護可靠性研究[D].廣州：廣東工業大學，2014.

[2]劉忠民，牟小雪，黃鳳英.淺析提高智能變電站繼電保護可靠性的措施[J].電子測試，2016（01）.

〔編輯：劉曉芳〕