智能變電站繼電保護系統可靠性分析

邸增強

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

0 引 言

當前，智能變電站保護調控實現了一體化功能，使得系統和系統間能夠互聯、互通，同時提高了變電站繼電保護系統的交互水平，保證電網能夠安全、保質保量、穩定運行，能夠更好地保護和控制變電站。但是，在我國變電站智能化水平不斷提高的情況下，依然存在一些問題。一方面，變電站工作人員的素質沒有隨著變電站智能化的發展而提高，導致工作人員和工作崗位相脫離，不符合時代發展的步伐；另一方面，變電站的保護措施不夠完善，容易造成繼電保護系統出現故障，從而引發安全事故。基于此，需要提高智能變電站繼電保護系統的安全性和可靠性，準確分析和計算變電站可靠性數據，有效提高變電站的穩定性，從而推進我國智能變電站繼電保護系統的穩定發展[1]。

1 智能變電站繼電保護系統

智能變電站構成的基礎是IEC61850協議，按照其具備的功能，可以分成站控層、間隔層以及過程層。

1.1 電子式互感器

以往使用的電子互感器多是電磁結構，隨著科學技術的不斷發展進步，光電子和數字信號處理技術得到了快速發展，并應用越來越廣泛，傳統的電磁互感器逐漸被電子互感器所取代[2]。電子互感器和傳統互感器相比，更加輕便，占地面積大大減小，且不使用油，避免了爆炸和火災等安全事故的發生。目前，電子互感器主要有無源型和有源型兩種。這兩種互感器各有優勢，但是有源型電子互感器更加輕便，因此人們對其更加重視。

1.2 合成單元

合成單元是智能變電站繼電保護系統的一個重要組成部分，在運行過程中能夠有效地組合數據信息，然后利用系統的處理功能對其展開加工，進而使整個系統受到作用[3]。它大大降低了線路復雜的程度，有效降低了接線的消耗成本，同時能夠更加高效地實現數據共享功能。

1.3 交換機

交換機是智能變電站繼電保護系統中最重要的一個設備。交換機的作用是對傳統信息運輸方式進行改進，有效地采集和傳輸電網中的信息，從而有效保障數據信息的傳輸。尤其是在現代電網工作時，各個部分設定的參數有很大差異，如果無法對數據進行實時分析，會對調控工作產生很大影響。利用交換機可以有效克服這一困難，且可以使數據、地址表等信息的交換更加簡便，進而有效保障整個系統的信息傳輸效率。

1.4 智能終端

隨著科學技術的不斷發展，出現了非常規互感器，且計算機技術的進步為實現監測斷路器設備內部的電、磁及溫度等帶來了可能。通過對檢測的數據進行收集和分析，可以對斷路器設備的運行狀況進行分析判斷，根據運行狀況安排檢修和維護時間，不需像傳統方式進行定期檢查和維修，以實現實時檢測設備。于是，智能終端應運而生。智能終端是進行遠程遙控必不可少的一部分，能夠實現實時監測和智能調控，工作時能夠最大程度地保證監測和調控的實時性，使各項功能符合系統運行的具體情形[4]。

1.5 同步時鐘

通過使用同步時鐘可以解決變電站中運行不一致的問題，能夠協調好變電站的時序和基準。在判斷信息和執行指令方面，它能夠大大提高實時性，有效發揮繼電保護系統的調控作用，提高其檢修效果。

2 智能變電站繼電保護系統的可靠性

從兩個方面對智能變電站繼電保護系統的可靠性進行分析，一方面是可靠度，另一方面是可用度[5]。可靠度是指智能變電站繼電保護系統在一定時間和環

境下按要求完成指令；可用度是指當變電站繼電保護系統出現故障問題時，設備本身會通過相關的維修系統修復設備。可以采用兩種方法對智能變電站繼電保護系統進行可靠性分析，一種是蒙特卡羅模擬法，一種是可靠性框圖法。首先，智能終端和合并單元采取的是組網，Goose雙網保護智能變電站繼電采取的是跨接方式，以實現信息收集和命令傳輸。此外，需要提高系統整體的可靠性。為了實現這一目的，可以利用測控和保護兩種CPU，實現智能變電站保護和測控的一體化功能。其次，需要全面分析、正確計算繼電保護系統的相關數據。為了使整個變電站實現數字化，可以利用以太網收集數據，同時傳輸相關裝置的模擬數據，結合Goose接口和SV接口，對相關數據和資料進行輸入操作和輸出操作，從而提升智能變電站繼電保護系統的安全性、完整性和可靠性。最后，需要將相關數據信息發送到智能變電站繼電保護系統的各個智能終端。此外，為了保護裝置，還需要將信息傳到母差[6]。

3 電氣設計

3.1 供電負荷和供電電源

本工程屬二類用電負荷，應由雙回路供電，兩路電源分別T接自1#中水廠2路10 kV電源進線。

3.2 用電負荷

本工程3臺濃鹽水提升泵和3臺污水提升泵電壓等級為10 kV，其余用電設備電壓均為380/220 V。總裝機容量約2 022 kW（包括動力和照明用電），計算負荷約1 662.63 kVA。主要設備材料如表1所示。

4 提升智能變電站繼電保護系統可靠性的策略

4.1 通過數字化保障繼電保護的性能

加強重視互感器的傳輸性能，以減少互感器故障，降低其他因素對繼電保護造成的影響。這能夠保證傳輸電氣量信息的真實性和有效性，同時提高繼電保護裝置的性能。合理利用數字化，通過數字化的組網方式分析和計算數據，可以有效提升數據的準確性，從而保證繼電保護的性能。

4.2 網絡的架構

4.2.1 總線結構

總線結構中的交換機可以通過端口和其他交換機進行連接。一般情況下，IED端口的速度沒有上端口快，且交換機的最大數量由系統最大延時決定。總線結構的優勢是接線較少，缺點是冗余度較差。

4.2.2 星型結構

星型結構的主要特點是系統等待時間相對較少。當主交換機和其他交換機進行連接時，能夠有效縮短系統的等待時間。這種結構不具有冗余度，在出現故障時，可能會造成所有IED信息的遺失，從而降低了星型結構的可靠性。

4.2.3 環形結構

環形結構交換機的優點是能夠自行組成閉環。當連接點突發故障問題時，它可以利用其充足的冗余度進行調節。信息在被傳遞的過程中會進行多方面工作，需要消耗寬帶對其進行傳輸。系統內部有一個管理交換機，主要是向交換機發送相應指令，使交換機自行檢測環路。信息在環路中傳送的時候會停止流動，從而終止傳輸。

表1 主要設備材料

4.3 智能變電站繼電保護系統智能報警

現階段，要對智能變電站進行有效的繼電保護，需要重視變電站故障，開展預警、檢測和報警三方面工作。其中，智能報警工作具有核心地位，可以從以下幾個方面開展工作。

（1）當智能變電站發生故障時，繼電保護裝置可以總結站內的數據信息。站內的實時數據、應用、警告以及設備故障信息，可以通過智能報警系統進行收集和處理。

（2）初步診斷電網的故障問題。當電網系統出現故障時，首先要對故障問題展開判斷，同時需要和智能變電站系統的相關數據進行對比和分析，并制定詳細的故障報告。其次，在智能變電站實際運行中，以故障管理的經驗為依據，分類匯總變電站的報警信息。報警信息分為多種，如事故信息、系統異常信息等。

（3）系統的跳閘保護。當系統處于工作狀態時，跳閘保護能夠有效保護系統，避免突然出現跳閘，同時信息能夠高速反饋電網裝置的問題。變位信息主要根據系統開關的變換檢測電網的實際工作狀態。

4.4 智能變電站繼電保護的主要內容

需要進一步加強分析電力電網系統中發生的故障問題，以提升電力系統的繼電保護水平。在電網系統變壓器設備組裝完成后，需要進一步安裝保護設備。它的保護體現在兩個方面。一方面，采取瓦斯保護措施。由于變壓器設備和油箱中的油發生作用時會形成有害氣體，因此系統采用絕緣材料非常必要。繼電保護系統探測到變壓器有問題時會作出相應反應，并發出相應的報警信息。另一方面，短路保護。故障電路中存在阻抗元件，在工作一定時間后會出現跳閘，從而對變壓器進行短路保護。

5 結 論

綜上所述，智能變電站繼電保護系統在運行過程中會受到很多因素的影響，如站內的設備、網絡情況、電網結構和保護裝置配置等。智能電網出現后，彌補了傳統電網存在的不足。但是，隨著社會的不斷發展，科學技術的不斷進步更新，出現了一些新設備、新技術，使當前智能變電站繼電保護工作面臨著一些新挑戰。因此，需要提高對智能變電站繼電保護系統的水平和可靠性研究，有效促進電網系統運行的安全性和穩定性，以滿足社會發展的需求。