簡(jiǎn)析智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性

摘 要：智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，而智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)則是確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文簡(jiǎn)要闡述了智能變電站及其繼電保護(hù)的內(nèi)涵，對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了分析探討，并在此基礎(chǔ)上提出了提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)系統(tǒng)；可靠性

1前言

智能電網(wǎng)即電網(wǎng)的智能化，是當(dāng)前世界供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的大趨勢(shì)、大方向。基于我國(guó)電力系統(tǒng)改革與發(fā)展的需要，我國(guó)計(jì)劃于2020年完成智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，實(shí)現(xiàn)新時(shí)代供電網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)換代。智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)（中國(guó)的智能電網(wǎng)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)），現(xiàn)將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成形成的新型電網(wǎng)。智能變電站是構(gòu)建智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，是在以太網(wǎng)數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上結(jié)合電子網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)加強(qiáng)自動(dòng)化、智能化管控的變電站。

2智能變電站及其繼電保護(hù)

2.1智能變電站

智能變電站主要包括智能高壓設(shè)備和變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)兩部分。智能高壓設(shè)備主要包括智能變壓器、智能高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、電子式互感器等。變電站統(tǒng)一信息平臺(tái)功能有兩個(gè)，一是系統(tǒng)橫向信息共享，主要表現(xiàn)為管理系統(tǒng)中各種上層應(yīng)用對(duì)信息獲得的統(tǒng)一化；二是系統(tǒng)縱向信息的標(biāo)準(zhǔn)化，主要表現(xiàn)為各層對(duì)其上層應(yīng)用支撐的透明化。

2.2智能變電站繼電保護(hù)

基于IEC61850協(xié)議的智能變電站繼電保護(hù)與傳統(tǒng)的站控層和間隔層結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)不同，主要分為過(guò)程層和間隔層。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要元件為交換機(jī)、合并單元、網(wǎng)絡(luò)接口、智能終端、電子互感器、同步時(shí)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(hù)裝置。繼電保護(hù)系統(tǒng)接收命令后進(jìn)行斷路器的跳合闡，并反饋信息。

3智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析

可靠性是通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)及元件在特定的環(huán)境、時(shí)間及條件下正常運(yùn)作的概率來(lái)反映系統(tǒng)及其元件的完整程度的指標(biāo)。系統(tǒng)能否進(jìn)行修復(fù)對(duì)其可靠性的影響較大，因此，在分析智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性時(shí)，應(yīng)考慮到智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于可修復(fù)系統(tǒng)。繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其元件組成是影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的兩大因素。

3.1智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

220kV智能變電站按SV和GOOSE的傳輸是否共網(wǎng)等不同的采樣、跳閘方式分為以下幾種不同的繼電保護(hù)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)：①直采直跳。繼電保護(hù)設(shè)備采用光纖直連采樣和跳閘，僅存在部分支路。②網(wǎng)采直跳。SV和GOOSE獨(dú)立組網(wǎng)或共網(wǎng)。③直采網(wǎng)跳。繼電保護(hù)設(shè)備直接采樣，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘。④網(wǎng)采網(wǎng)跳。繼電保護(hù)系統(tǒng)的采樣、跳閘均通過(guò)SV和GOOSE單獨(dú)或共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)系統(tǒng)需要通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的采集和斷路器的控制。GOOSE報(bào)文及采樣值SV報(bào)文能確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)作。

3.2智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的元件

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要元件為交換機(jī)、合并單元、網(wǎng)絡(luò)接口、智能終端、電子互感器、同步時(shí)鐘源等。

與傳統(tǒng)的電磁互感器相比，電子式互感器具有無(wú)磁飽和、測(cè)量準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、小巧輕便、數(shù)字化、安全等諸多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)傳感頭電源的不同，電子式互感器可分為有源型和無(wú)源型。

合并單元能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)程層采樣傳輸，通過(guò)接收時(shí)間標(biāo)記電子式互感器傳輸?shù)牟蓸有畔ⅲ瑢?shù)據(jù)傳送到繼電保護(hù)設(shè)備。合并單元無(wú)需傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置之間復(fù)雜的接線工作，節(jié)約了成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

交換機(jī)作為智能以太網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)幀的交換。隨著交換技術(shù)的不斷發(fā)展，信息流傳遞速度逐漸加快。當(dāng)前使用的虛擬局域網(wǎng)（VLAN）通過(guò)劃分智能單元，大大提高了通信效率。此外，對(duì)交換機(jī)的環(huán)路進(jìn)行邏輯通斷端口設(shè)置后，智能電網(wǎng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

智能終端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)收集設(shè)備內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)檢測(cè)斷路器的運(yùn)行情況。對(duì)斷路器進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)檢修，能夠預(yù)防并及時(shí)解決設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題及故障。智能終端既可以接受控制斷路器開(kāi)斷的命令，也可以反饋斷路器的運(yùn)行情況。

同步時(shí)鐘用于保證智能電網(wǎng)信號(hào)采集和傳輸?shù)慕y(tǒng)一時(shí)序，確保智能電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和準(zhǔn)確性。同步時(shí)鐘能夠?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集和傳輸記錄正確的順序，以保證后續(xù)操作的準(zhǔn)確性。目前，同步時(shí)鐘源主要使用GPS（全球定位系統(tǒng)）。變電站內(nèi)的對(duì)時(shí)裝置接收GPS的時(shí)間信號(hào)發(fā)出同步脈沖，所有裝置接收并解出同步計(jì)時(shí)點(diǎn)并校正。

4提高繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法

優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要做到以下幾點(diǎn)：①根據(jù)具體情況建立合適的繼電保護(hù)系統(tǒng)模式。對(duì)于智能站的間隔型保護(hù)，可以采用直采直跳的模式；對(duì)于多間隔型保護(hù)，應(yīng)采用SV和GOOSE共網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)采網(wǎng)跳模式。②在電壓限定延時(shí)的條件下測(cè)量電流量，以確保電流過(guò)負(fù)荷時(shí)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提高繼電保護(hù)的可靠性。③對(duì)繼電保護(hù)的站控層和間隔層進(jìn)行雙重保護(hù)，除了依靠斷路器的自動(dòng)開(kāi)斷外，還要啟動(dòng)后備保護(hù)系統(tǒng)，防止開(kāi)關(guān)失靈。針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的情況優(yōu)化運(yùn)行方案，提高智能變電站繼電保護(hù)的可靠性。④利用可視化技術(shù)對(duì)智能變電站的故障信息進(jìn)行可視化處理。這樣有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。

優(yōu)化繼電保護(hù)的設(shè)備組成包括以下三方面的內(nèi)容：①對(duì)系統(tǒng)的斷電器、母線、輸電線路和變壓器等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。②優(yōu)化繼電保護(hù)的變壓器配置，防止電壓過(guò)高或過(guò)低影響電網(wǎng)運(yùn)行；保證變壓器實(shí)現(xiàn)有效的差動(dòng)繼電保護(hù)并接通斷路器進(jìn)行繼電保護(hù)。③加強(qiáng)電網(wǎng)的線路保護(hù)工作。對(duì)線路進(jìn)行集中式和后備式保護(hù)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提高光纜的穩(wěn)定性，降低電子干擾。

5結(jié)束語(yǔ)

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性對(duì)其安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，因此，在智能變電站的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素，結(jié)合變電站的實(shí)際情況及需要來(lái)優(yōu)化其可靠性，進(jìn)而確保變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉忠民，牟小雪，黃鳳英.淺析提高智能變電站繼電保護(hù)可靠性的措施[J].電子測(cè)試，2016（01）：107-108.

[2]王同文，謝民，孫月琴，沈鵬.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，2015，43（06）：58-66.

[3]谷磊.智能變電站繼電保護(hù)可靠性研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2014.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)大連旅順口區(qū)供電公司）