智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性探析

鄭玲峰

摘 要：電力系統(tǒng)正處于發(fā)展階段，智能電網(wǎng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)同信息技術(shù)等結(jié)合而成，基于電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能變電站使得變電站在信息的傳遞方式上發(fā)生了巨大的改變，智能變電站通過信息應(yīng)用使得信息的自動(dòng)采集加強(qiáng)了，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的評(píng)估可以發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，然后提出整改方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；系統(tǒng)分析

引言

智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸引起技術(shù)人員的關(guān)注，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行對(duì)智能變電站的運(yùn)行意義重大，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的研究主要依據(jù)可靠性評(píng)估模型和對(duì)系統(tǒng)的可靠性分析，利用框架圖和矩陣法建立可靠性的模型，通過對(duì)智能變電站的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過模型進(jìn)行分析可以優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)包含八個(gè)功能各模塊，具體有傳輸介質(zhì)、互感器、合并單元、交換機(jī)、保護(hù)單元、智能終端、斷路器和同步時(shí)鐘源。信息數(shù)字化和通信網(wǎng)絡(luò)化是智能變電站的兩大特點(diǎn)，以往的變電站的連接方式是通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)互感器和斷路器等保護(hù)元件進(jìn)行連接，現(xiàn)今的連接加入了更多的保護(hù)元件，通過合并單元將互感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集，對(duì)格式進(jìn)行處理，然后將數(shù)據(jù)幀傳給交換機(jī)。智能終端主要應(yīng)用于一次設(shè)備的功能體現(xiàn)，智能終端可以將斷路器的動(dòng)作進(jìn)行控制，將斷路器采集到的信息傳遞給保護(hù)單元[1]。

交換機(jī)成為二次設(shè)備與合并單元的信息傳遞平臺(tái)，棄用了傳統(tǒng)的二次電纜，系統(tǒng)設(shè)備之間就此形成了信息共享模式，為了準(zhǔn)確的了解斷路器記錄時(shí)間發(fā)僧的時(shí)間序列，為變電站配備同步時(shí)鐘源，使全站的設(shè)備統(tǒng)一對(duì)時(shí)。繼電保護(hù)系統(tǒng)中必不可少的是通信介質(zhì)和接口，通信介質(zhì)對(duì)保護(hù)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行具有直接的影響，一般情況下通信介質(zhì)會(huì)采用光纖。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)接口故障和通信故障產(chǎn)生的效果是相同的，由此通信介質(zhì)的組成部分就包括了接口。

2 系統(tǒng)的可靠性分析

2.1 分析方法

信息流能夠使智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)，在信息流通路順暢時(shí)就能夠?qū)⑿畔氖级税l(fā)往終端，繼電器的保護(hù)功能才能夠?qū)崿F(xiàn)，其中會(huì)影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素包含同步對(duì)時(shí)功能、SV報(bào)文和GOOSE報(bào)文信息回路的連通效果。

2.1.1 參數(shù)的選擇。電網(wǎng)的一二次設(shè)備均在固定的時(shí)間進(jìn)行檢查，在維護(hù)過程中，系統(tǒng)的可靠性評(píng)估來源于元件故障信息的準(zhǔn)確性，可修復(fù)的元件在檢修維護(hù)的過程中將故障率和修復(fù)率視為常數(shù)即可。例如合并單元的故障率就為0.0067，交換機(jī)故障率為0.02。利用馬爾科夫鏈模式進(jìn)行分析，由于元件所處的環(huán)節(jié)不同，因此其故障的狀態(tài)也是有所不同的，例如合并元件和交換機(jī)元件在信息傳輸過程中出現(xiàn)丟失現(xiàn)象就會(huì)使保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生拒動(dòng)。分析時(shí)應(yīng)該將元件的失效狀態(tài)進(jìn)行細(xì)分，大致可以分為兩種，分別是誤動(dòng)和拒動(dòng)，之后根據(jù)二者的概率進(jìn)行計(jì)算即可[2]。

2.1.2 框圖法。在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的分析過程中，框圖法較為直觀清晰，這種方法對(duì)于元件比較少的系統(tǒng)用較為合適，可以根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行框圖的繪制，通過框圖及元件的狀態(tài)和系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行描述，框圖可以計(jì)算出系統(tǒng)中不同元件的不同狀態(tài)的概率。對(duì)于含有多個(gè)獨(dú)立分散的原件的保護(hù)系統(tǒng)，其中元件之間的維修狀態(tài)也是具有獨(dú)立性的，例如，可以將元件1的正確動(dòng)作的概率記為P1，將元件2的正確動(dòng)作的概率記為P2，根據(jù)改路的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算即可。

2.2 分析應(yīng)用

2.2.1 主變保護(hù)的可靠性分析。在主變保護(hù)的組網(wǎng)方案之中，主變保護(hù)和智能終端的合并單元就是依靠組網(wǎng)的方式進(jìn)行連接，通過保護(hù)GOOSE的網(wǎng)絡(luò)信息采集對(duì)傳輸跳閘發(fā)出指令，通過采用SV網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟芍禈有畔?duì)變電站的主變壓器進(jìn)行保護(hù)。通過采用保護(hù)控測(cè)一體裝置可以充分發(fā)揮智能變電站的智能化系統(tǒng)，保護(hù)裝置一般包含保護(hù)CPU和測(cè)控CPU兩種，保護(hù)啟動(dòng)判斷的輔助依據(jù)就是測(cè)控采樣，還可以從整體上保護(hù)可靠性。

通過最小路集法可以得出主電保護(hù)的不可用度為1-A=8.8812×10-9[3]。

2.2.2 線路保護(hù)的可靠性分析。數(shù)字化線路的保護(hù)裝置的開關(guān)量和模擬量是以光纖通過太網(wǎng)獲取的，采樣值的光纖接口和開關(guān)輸入量的光纖接口是獨(dú)立的設(shè)置，跳閘輸出和開關(guān)量的接口通常是一個(gè)，數(shù)字化線路的保護(hù)可以通過線路兩端和傳統(tǒng)的線路保護(hù)進(jìn)行配合，完成縱差保護(hù)。

通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護(hù)的不可用度為1-A=4.9492×10-9。

2.2.3 母線保護(hù)的可靠性分析。母線保護(hù)的組網(wǎng)模式中，智能終端可以將刀閘位置的信息傳遞到母差保護(hù)裝置上，利用采樣值組網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)將間隔合并單元的數(shù)據(jù)傳遞給母差保護(hù)裝置上，通過相關(guān)的協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)SV網(wǎng)絡(luò)采樣信息。

通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護(hù)的不可用度為1-A=9.9720×10-8。

3 提升可靠性的措施

3.1 太網(wǎng)冗余法

3.1.1 太網(wǎng)的控制要求。在IEEE802.3x全雙工模式下，通過交換機(jī)發(fā)出指令使數(shù)據(jù)源暫停發(fā)送，再利用控制數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的傳遞可以避免數(shù)據(jù)丟失。IEEE802.1p優(yōu)先排隊(duì)技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在擁堵的情況下，數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先傳輸。IEEE802.1Q虛擬局域網(wǎng)技術(shù)，可以將IED劃分到虛擬局域網(wǎng)之中。IEEE802.1w快速生成樹協(xié)議不像從前的IEEE802.1D生成樹協(xié)議需要大約一分鐘的時(shí)間才能重新將發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架定義，這種快速生成樹協(xié)議可以將時(shí)間大大縮減。最后的要求是診聽過濾技術(shù)，它允許對(duì)GOOSE信息幀進(jìn)行過濾，然后將信息傳遞給IED。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架。（1）總線結(jié)構(gòu)。總線結(jié)構(gòu)中的交換機(jī)通過端口與其它的交換機(jī)相連，上端口的速度一般比IED端口的速度快，系統(tǒng)的最大延時(shí)決定了交換機(jī)的最大數(shù)量，這種結(jié)構(gòu)的接線較少但是冗余度差。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)的交換機(jī)可以形成閉環(huán)，對(duì)于連接點(diǎn)的故障可以提供足夠的冗余度，信息在傳遞過程中會(huì)消耗寬代，應(yīng)用的內(nèi)部具有管理交換機(jī)，生成樹可以發(fā)出指令，交換機(jī)便檢測(cè)環(huán)路，信息在環(huán)路中就不會(huì)流動(dòng)。（3）星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)具有等待的時(shí)長(zhǎng)較短的特點(diǎn)，主交換機(jī)在連接其他交換機(jī)的時(shí)候系統(tǒng)的等待時(shí)間會(huì)減少，但是星型結(jié)構(gòu)沒有冗余度，在發(fā)生故障時(shí)就會(huì)產(chǎn)生遺失所有的IED信息，從而降低可靠性。

3.2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法

在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法之中，刀鬧位置信信息經(jīng)由各間隔智能終端提供，然后通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到母差保護(hù)裝置。根據(jù)采樣值組網(wǎng)方式，各間隔合并單元的數(shù)據(jù)同樣傳輸?shù)侥覆畋Ｗo(hù)的裝置上。母差保護(hù)動(dòng)作的出口信息，發(fā)送給各間隔智能終端之后，母差保護(hù)裝置的容量會(huì)受到限制，主要原因是網(wǎng)絡(luò)報(bào)文流量的大小不定。有的時(shí)候，過程層的交換機(jī)會(huì)承擔(dān)較大量的報(bào)文，單臺(tái)的交換機(jī)接入的單元信息數(shù)量嚴(yán)重超出就會(huì)導(dǎo)致其可靠性較低。為了解決這個(gè)問題，可以將裝置或者交換機(jī)的光纖口進(jìn)行設(shè)置。單口同時(shí)接入的合并單元數(shù)量不應(yīng)該過度，使用多交換機(jī)分擔(dān)帶寬的方法可以接收更多的間隔采樣，采用千兆的交換機(jī)這種方法也可以。

4 結(jié)束語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)站的繼電保護(hù)系統(tǒng)有所不同的是，智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性有下降趨勢(shì)，智能變電站的線路保護(hù)和主變保護(hù)問題，可以采用直采直跳的模式，在采用對(duì)時(shí)源時(shí)，不可采用外部對(duì)時(shí)源，通過詳細(xì)的分析得出智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性極其重要。

參考文獻(xiàn)

[1]王同文，謝民，孫月琴，等.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，06：58-66.

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[3]付洪偉.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2016，02：232-233.