數字化變電站繼電保護系統的可靠性建模

鄭海涯

摘 要 數字化變電站建設不斷增加，不僅帶動著變電站技術的變革，也給繼電保護系統運行提出了較高的要求。繼電保護系統運行的安全性與可靠性，直接影響著數字化變電站運行的效率，對此加強繼電保護系統可靠性建模分析，有著現實的意義。

【關鍵詞】數字化 變電站 繼電保護 可靠性 建模

當下時期科學技術不斷發展，使得繼電保護系統運行水平得以極大的提升，新型保護裝置與互感器等，被應用到繼電保護系統，由于設備成熟度不高，在運行的過程中性能受到多種因素的影響，使其可靠性較差，因此繼電保護系統可靠性問題，成為研究的重點內容。

1 數字化變電站繼電保護系統特征

數字化變電站繼電系統中，元件儀器眾多，為繼電保護系統運用，提供了基本支持，但是因為元件眾多，使得繼電保護系統的可靠性受到極大的影響。電子式互感器運行原理與結構等各不相同，極大程度上影響著系統可靠性。繼電保護系統傳輸方式為以太網形式，拓撲結構以交換機網絡為主，進而使得數字化變電站繼電保護系統的復雜性較高。繼電保護系統網絡通信形式，主要以報文式為主，影響著系統可靠性較低，甚至引發丟包問題與網絡風暴問題，而優先級隊列技術等的應用，能夠確保變電站系統運行的可靠性。

2 繼電保護系統通信模型分析

2.1 信息回路分析

2.1.1 同步對時信息

在同步對時信息回路中，同步時鐘源發揮著重要的作用，能夠快速的接收時鐘信號，比如GPS或者北斗系統等，間隔一段時間，將相關信息傳輸給智能終端以及保護單元等。我國變電站采取的對時方法，主要包括網絡對時與編碼對時，以及脈沖對時。網絡對時是基于以太網與對時交換機開展的，網絡結構的核心是樹狀路徑。脈沖對時與編碼對時具有特定的對時網絡，通過相關傳輸介質，同步時鐘源與相關對時設備能夠直接連接，由星型結構與分級星型結構等構成。編碼對時與脈沖對時的對時回路結構圖，如圖1所示。

2.1.2 SV報文信息與GOOSE報文信息

通常情況下SV報文信息回路，其主要源自互感器，若想保護單元，則需要合并單元，使用相應交換機網絡。交換機網絡的表示主要是以虛線形式，由于采樣值傳輸規約之間存在不同，若能夠符合點對點傳輸需求，則不需要使用交換機網絡。目前我國數字化變電站繼電保護系統主要使用的規約包括IEC60044-7/8，以及IEC61850-9-1等。

GOOSE報文指的是面向對象的數字化變電站實踐，通過訂閱人員或者發布人員的形式，能夠實現單點向多點傳輸數據的功能。GOOSE報文的可靠性以及實時性較高，為通信模型的一種。

2.2 繼電保護系統可靠性計算

基于信息流角度，具有通路則能夠確保各類信息的有效傳遞，確保繼電保護能夠完成相關功能，信息回路的連通率直接影響著繼電保護系統運行的可靠性。若繼電保護系統由多個元件或者子系統構成，其中任意部分運行失效，造成系統失效，則系統為串聯關系，利用

Rj來計算可靠性，其中Rsys指的是系統可靠性，而m指的是系統元件個數或者子系統個數，Rj指的是第j個元件或者子系統運行的可靠性。若某元件或者子系統為冗余配置時，各個部分故障時，則系統會失效，系統為并聯關系，運用

（1-Rj）來計算。除此之外還可以運用最小路集算法，先找出首末節點之間的全部最小路徑，Li（i=1、2、...n），n指的是最小路徑數量，路徑可靠性表達式為

R，P（Li）指的是最小路徑的Li連通的概率，Rj指的是第j個元件運行的可靠性，元件可以為節點，也可以是線段。

2.3 OPNET網絡建模

基于OPNET仿真系統，面向繼電保護分析的過程層網絡建模，其作為主流仿真工具與建模，運用面向對象的系統建模方法，使用圖形化編輯器，能夠支持通。此建模主要分為網絡域、節點域、進程域。網絡域利用網絡設備模型與設置設備屬性，實現現實網絡映射。節點域則實現功能組合，進行層次結構描述，實現設備功能。進程域利用C語言與核心函數等，進行節點域功能模塊定義。

2.4 MU模型

基于OPNET節點編輯域，構建MU節點模型。MU模型上層是應用層，通過接口達到MAC節點模塊，最終通過物理層，實現數據發送。MU節點模型主要是進行數據SV包裝，實現數據同步后，將數據發送給IED。MU模型的應用層主要是負責數據搜集。在OPNET進程域中，進行數據包創建，將獲取的數據編寫到數據包中，在將數據發送給鏈路層處理。

3 繼電保護系統可靠性提升策略

3.1 插值算法

利用插值算法，能夠有效的避免使用外部時鐘完數據采樣同步時，對時鐘源的依賴性，所存在的故障隱患問題，避免繼電保護設備發生不正確動作。此算法步需要依賴外部時鐘，遵循等間隔采樣，由繼電保護裝置，依據固定的傳變延時，做補償與插值計算，能夠在同時刻開展重采樣，各間隔的電子式互感器采樣值能夠同步，使得保護裝置運行的可靠性得以極大的提高。

3.2 軟件積分

基于Rogowski原理，電子式電流互感器所輸出的信息，需要經過積分處理后，才能夠獲取被測電流信號。在采集器中，利用硬件積分以及合并單元處理軟件積分的方式。軟件積分處理在穩態精度以及暫態誤差等方面，具有較強的應用優勢，其能夠利用代碼實現，能夠避免元器件特征給積分造成的影響，使得采集器功耗得以降低，提高了系統的可靠性以及經濟性。

4 結束語

數字化變電站繼電保護系統，采取通用建模方法，從信息流角度，構建可靠性模型，能夠準確的評價繼電保護系統方案的可靠性與安全性，但是人工計算方式較為繁瑣，若能夠合理運用軟件，則能夠提高可靠性評估效率。

參考文獻

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