數字化變電站繼電保護的可靠性建模研究

1.梁思博 1.李威克 2.姚新光

1.國網吉林省電力有限公司檢修公司 2.國網吉林省電力有限公司物資公司

數字化變電站繼電保護的可靠性建模研究

1.梁思博 1.李威克 2.姚新光

1.國網吉林省電力有限公司檢修公司 2.國網吉林省電力有限公司物資公司

變電站在電力系統中擔任著轉變電壓、控制電壓、控制電流方向、接受和分配電能任務的電力樞紐裝置角色，它是整個電力系統配電與輸電的控制中心。目前我國的電力信息化技術仍處于起步階段。現階段，對各種信息化的變電站技術處于開發、創新、研究階段，并且信息化變電站與傳統變電站有著本質上的區別，為了維持變電站的正常運行，對繼電保護的研究非常有必要。基于此，本文將著重分析探討數字化變電站繼電保護的可靠性，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

數字化變電站；繼電保護；可靠性

1、數字化變電站繼電保護軟硬件可靠性

1.1 硬件系統可靠性

1)特定GOOSE插件的使用。為了保證能夠接受和處理正常應用報文，應配置特定的GOOSE插件，而且為了保證信息處理的實效性，該插件上的網絡接口應直接與保護DSP相連。2)光源輸出功率的監視。可在合并器上裝設光源輸出功率監視模塊，對互感器光功率輸出實施實時監控，及時發現功率衰耗過大問題。3)雙A/D系統的接入。4)光纜施工工藝的優化。可通過光纜施工工藝的優化來提高數據傳輸的可靠性及穩定性。5)雙重化配置交換機。有必要采取相關措施來應對交換機故障對繼電保護產生的影響，可通過雙重化配置的應用來防止由于單個交換機故障而導致的全套繼電保護裝置崩潰現象。

1.2 軟件系統可靠性

1)插值算法的使用。插值算法無需依賴外部時鐘，其嚴格按照等間隔采樣，繼電保護裝置根據固定的傳變延時進行補償和插值計算，在同一時刻進行重采樣，實現各間隔電子式互感器采樣值的同步，提高保護裝置可靠性。2)軟件積分的應用。Rogowski原理的電子式電流互感器輸出信息需經積分處理，方能獲得被測電流信號。主要采取在采集器中硬件積分和合并單元處軟件積分兩種方式。4) GIS綜合監控平臺。基于GIS的綜合監控平臺是建立在配電GIS系統的基礎上，以實現后臺監控系統對故障點邏輯相關信息的判斷分析和自動提取相關信息的功能為根本目的，非常符合配電網絡迅速發展的需要。

2、數字化變電站繼電保護可靠性措施

2.1 對時回路的可靠性計算

要想實現基于對時操作的合并單元、保護單元以及智能終端等元件的順利運營，必須確保對時回路的暢通。基于此，可將設備自身具有的可靠性納入對時回路可靠性范疇，以形成修正后元件的可靠性，具體如下式所示。

式中：R′MU、R′PR、R′IT-修正后的保護單元、合并單元以及智能終端的可靠度；LTS-MU，i、LTS-PR，i、LTS-IT，i-同步時鐘源到保護單元、智能終端、合并單元的第條最小路徑；n-最小路徑數量。

L只存在一條最小路徑，也就是同步時鐘源—傳輸介質—對時元件的路徑。其中，對于合并單元修正元件的可靠度，具體的計算公式為：

式中：RTS、RTM、RMU代表同步時鐘源、傳輸介質、合并單元的具體可靠度。此外，網絡對時方式因需要加入交換機網絡，在一定程度上增加了對時回路拓撲結構的復雜程度，此時，最小路徑的數量n也隨之增多，但其可靠性計算方式與式上面式子相同。

2.2 SV回路和GOOSE回路的可靠性計算

GOOSE回路與SV回路的差異主要是等待計算的終端節點、二端網絡起始節點的不同，計算方法如下式所示。

式中：RSV、RGOOSE為SV、GOOSE回路的可靠性；LMI-PR，i與LPR-BR，i為互感器到保護單元以及保護單元至斷路器的第i條最小路徑。其中，上式表示一套保護相對應的一個互感器的情況。通常情況下，當一套保護與n個互感器相對應時，若是這些互感器之間不屬于冗余配置，那么就需要確保相對應的每一條互感器SV回路的暢通，并且，其之間應當為串聯的關系，也就是：

式中：RSVi(i=1，2，…n)為第i個互感器所對應的SV回路的具體可靠性。但如果是冗余配置，則只需要確保一條SV回路的暢通，就能夠確保其順利運行，此時應當處于并聯的關系，也就是：

式中為一套保護對應斷路器的情況，斷路器通常是很少進行冗余配置的，但是當一套保護控制n臺斷路器時，其之間的GOOSE回路為串聯關系，也就是：

式中：RGOOSEi(i=1，2…n)為第i個斷路器對應的GOOSE回路的實際可靠性。但需要特別注意的是，在上述路集計算中，如果要計算合并單元、智能終端以及保護單元的可靠度，需采用式(1～3)，并利用對時回路修正之后的可靠度來替代。

2.3 系統整體可靠性計算

只有確保SV回路、GOOSE回路的順利運行是其一起的，就可形成一套保護，由此可知，基于繼電保護系統的可靠性，兩回路之間應當是串聯的關系，主要可通過式計算得出。同時，對于數字化變電站繼電保護系統的可靠性，其計算公式如下所示：

式中：RSYS為整個繼電保護系統的可靠性。此外，當保護單元存在冗余配置情況時，需要對每一套保護相對應的SV回路、GOOSE回路的可靠性進行分別的計算，最終的各套保護之間存在的并聯關系就是整個繼電保護系統的可靠性，也就是：

式中：RSYSi為第i套保護所對應的繼電保護系統的可靠性。但在計算繼電保護系統可靠性時，當展開上述計算公式之后，還要嚴格在遵循布爾代數運算原則的前提下，進行相應的合并計算，之后還要將需要相乘的同類項合并成一項，以獲得最后的繼電保護系統可靠性計算公式，然后再將相應的數值帶入進行必要的計算。

總而言之，隨著電子技術、光纜傳播技術等不斷發展，我國變電站逐步實現了由傳統向信息化的轉變。繼電保護裝置是維持變電站正常、穩定、安全運行的重要因素，但隨著信息化程度逐漸加深，舊的繼電保護調試方案已經無法適應數字化變電站，數字化變電站繼電保護調試技術的研究迫在眉睫。這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

[1]王超，王慧芳，張弛，劉瑋，李一泉，何奔騰.數字化變電站繼電保護系統的可靠性建模研究[J].電力系統保護與控制，2013，03：8-13.

[2]汪洋.數字化變電站繼電保護系統的可靠性研究[D].安徽理工大學，2015.