智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

古海江

摘 要：電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證便是繼電保護(hù)，它對我國智能變電站的發(fā)展具有著重要意義。因此，本文是對我國智能變電站所面臨的問題進(jìn)行主要探討，對智能變電站環(huán)境下的繼電保護(hù)進(jìn)行分析，以希望可以為提高智能變電站的建造水平提供一些有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：智能變電站：繼電保護(hù)：可靠性

智能變電站以其自愈性、安全性和經(jīng)濟(jì)性在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣以及應(yīng)用，除此之外，它還具有在交互性、兼容性和高效穩(wěn)定性等方面的優(yōu)點(diǎn)，電力技術(shù)的不斷發(fā)展過后，中國開始了智能變電站的建設(shè)。通過對電力市場改革的深入，電力環(huán)境發(fā)生了各種變化。保證電網(wǎng)安全運(yùn)行可以通過自動化快速測量，有選擇地做出預(yù)防事故的措施來實(shí)現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)要求的提高，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的功能也在不斷的發(fā)展。一系列的科學(xué)步驟影響著繼電保護(hù)是否可以充分達(dá)到智能變電站發(fā)展的需求，以更高的穩(wěn)定性完繼電保護(hù)工作。

一、智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的組成

1、電子式互感器

電子式的互感器是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的重要組成部分，傳統(tǒng)的互感器一般為電磁結(jié)構(gòu)，電磁式互感器不能應(yīng)對數(shù)字化的電氣量測系統(tǒng)發(fā)展。因此采用電子式的互感器，該種新型的電子互感器與傳統(tǒng)的互感器相比具有家較好的是故障檢測準(zhǔn)確性，從性能上能夠提升是保護(hù)裝置的正確動作率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。從經(jīng)濟(jì)效果上分析，電子式互感器能夠利用光纜取代電纜，使得絕緣結(jié)構(gòu)更加的簡單化。從設(shè)備的發(fā)展性上進(jìn)行分析，電子式的互感器能夠提供數(shù)字量的輸出，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備系統(tǒng)集成，促進(jìn)變電站實(shí)現(xiàn)智能化[1]。

2、合并單元

在智能變電站中，采用合并單元對遠(yuǎn)端模塊傳送來的三相電氣量進(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按特定的格式提供給間隔層設(shè)備使用。從已投入運(yùn)行的智能站反饋來看，線路縱差保護(hù)線路兩端數(shù)據(jù)采樣存在同步問題;母線差動保護(hù)從多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)存在同步問題;變壓器差動保護(hù)從不同電壓等級的多個(gè)間隔獲取數(shù)據(jù)也存在同步問題。通常采用兩種方案解決合并單元數(shù)據(jù)同步采樣問題：①基于同步脈沖的同步采樣，即全站采用統(tǒng)一的GPS秒脈沖信號，但是秒脈沖丟失時(shí)存在隱患。②二次設(shè)備通過插值算法再采樣實(shí)現(xiàn)同步，該方案采樣率要求高，不依賴于GPS和秒脈沖傳輸系統(tǒng)，對硬件和軟件要求高，實(shí)現(xiàn)難度相對較大，但是更加穩(wěn)定。

3、交換機(jī)

交換機(jī)是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的核心部件，在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，以交換機(jī)為核心設(shè)備的以太網(wǎng)能夠?qū)鹘y(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)代替，繼電保護(hù)裝置是變電站的大腦，交換機(jī)是智能變電站的中樞神經(jīng)。在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)中，交換機(jī)的主要功能夠建立在通信通道基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的交換。

4、智能終端

在電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)很多故障，為了實(shí)現(xiàn)故障檢修，需要引入d智能終端。智能終端的出現(xiàn)能夠?qū)ο到y(tǒng)斷路器設(shè)備內(nèi)部的電、磁、溫度、機(jī)械等狀態(tài)進(jìn)行檢測。該種基于智能終端的檢測，其故障預(yù)防性能比較高，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制。一般情況下，智能終端一方面能夠接收保護(hù)裝置傳來的跳合閘命令，另一方面也能夠?qū)嗦菲鞯膶?shí)時(shí)信息傳遞到站控層。

二、智能變電站繼電保護(hù)可靠性原理

第一，可靠度。可靠度表示元件與系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，可以在有限時(shí)間完成的功率概率，目前已經(jīng)成為考核系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。第二，平均失效時(shí)間。平均失效時(shí)間表示，在系統(tǒng)規(guī)定條件下，安定運(yùn)行到下一次故障的平均時(shí)間。第三，可用性。可用性表示系統(tǒng)或其他設(shè)備，可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所制定功能的操作，簡而言之，可用性主要表示系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)所耗費(fèi)的時(shí)間，表示系統(tǒng)具有的較高可靠性。通過以上3項(xiàng)指標(biāo)，可以掌握繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性，進(jìn)而有針對性地制定出防范措施。

三、智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析

1、變壓器配置保護(hù)

一般來說，變電站在進(jìn)行配電的過程中往往需要限定電壓的額度，只有適合的電壓范圍才會促進(jìn)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果說電壓出現(xiàn)過載或者不足的情況就會對電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。而調(diào)節(jié)電壓的功能是由變壓器系統(tǒng)來提供的。因此，變壓器系統(tǒng)可以說是整個(gè)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中必須要重點(diǎn)保護(hù)的。如果說變壓器系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的化，也就意味著整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮了其應(yīng)有的作用和功效。所以說智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)為了保證變壓器系統(tǒng)的安全性，在配電保護(hù)的構(gòu)成中采用的是分布式配置，這樣就能夠分散變壓器系統(tǒng)的壓力，從而保護(hù)變壓器在電力調(diào)節(jié)的過程中不會承受過分的壓力而導(dǎo)致電壓超載或不足。而在后置裝備的繼電保護(hù)過程中則是采用的集中式配置手段，這樣就能夠以不同的手段來保證在配電過程中繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性不會因?yàn)橥饨缫蛩氐挠绊懚档汀?/p>

2、過流電限定保護(hù)

導(dǎo)致出現(xiàn)外部斷路，使電流發(fā)生超負(fù)荷現(xiàn)象主要是因?yàn)橹悄茏冸娬驹谶\(yùn)行過程中時(shí)常遭到電流過載等一系列因素，能使外部發(fā)生故障導(dǎo)致跳閘的原因是，這種超負(fù)荷電流與其他電流大小存在較大差距。因此要在配置中利用過流電限定的方式，使變流電可以對產(chǎn)生的電流準(zhǔn)確測量，如果一旦出現(xiàn)超負(fù)荷電流現(xiàn)象，可以及時(shí)向智能終端發(fā)出警報(bào)并由智能系統(tǒng)對其積極實(shí)施保護(hù)，進(jìn)而有效提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

3、繼電保護(hù)系統(tǒng)的線路保護(hù)

線路保護(hù)裝置的主要功能是對電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，采用的保護(hù)方式是縱聯(lián)差動。線路保護(hù)裝置的保護(hù)方法采用集中式和后備式兩種，不論采用哪種保護(hù)方法，都可以在第一時(shí)間處理線路保護(hù)裝置中出現(xiàn)的問題，使各項(xiàng)功能可以正常安全運(yùn)行。對線路保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)，可以對電力系統(tǒng)中各電壓間隔進(jìn)行保護(hù)和控制，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)測量、控制、保護(hù)、通信等其他功能。線路保護(hù)裝置同時(shí)也可以為其他裝置提供完善的配電線路保護(hù)方案，如變電站、發(fā)電廠等，這些保護(hù)裝置的存在，保證了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，配電保護(hù)功能更加具有可靠性。

四、提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的措施

1、保證繼電保護(hù)工作的完成

提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的主要方式之一便是在該環(huán)節(jié)中以最短時(shí)間完成跳閘系統(tǒng)性工作，同時(shí)強(qiáng)化智能變電站內(nèi)部部分電器設(shè)備的保護(hù)工作，如變壓設(shè)備以及輸電線路等，以此應(yīng)對智能電網(wǎng)于實(shí)際運(yùn)行過程中需要面臨的風(fēng)險(xiǎn)，盡可能減少智能電網(wǎng)受到的損失，使得電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行更為安全、穩(wěn)定以及可靠。但工作人員在實(shí)際工作中應(yīng)注意如下內(nèi)容：工作人員需對該系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能形成控制，且適當(dāng)對該系統(tǒng)部分構(gòu)件、設(shè)備以及裝置進(jìn)行精簡，如用以保護(hù)的裝置以及設(shè)備等。通常情況下，主保護(hù)定值的波動性相對較小，智能變電站處于實(shí)際工作中，其不可能出現(xiàn)較大的變化。故而，變電站可以更為安全、穩(wěn)定的工作。但智能變電站中所用的大部分設(shè)備均為一次設(shè)備。因此，在對其實(shí)施繼電保護(hù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保開關(guān)同硬件之間彼此獨(dú)立，并采取一定措施保護(hù)其獨(dú)立性，借此確保母線以及輸電線路可以正常運(yùn)行。

2、保證間隔層中的繼電保護(hù)工作

在智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，要應(yīng)用雙重化配置，如果配置后備保護(hù)系統(tǒng)，會實(shí)現(xiàn)后備設(shè)備的保護(hù)功能以及失靈的保護(hù)功能，對于相連線路和對端的母線也可以進(jìn)行保護(hù)，基于后備設(shè)備電流，要正確判斷電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題和故障，從而可以制定比較有效的防跳閘策略。對間隔層進(jìn)行繼電保護(hù)，也可以實(shí)現(xiàn)電壓的等級集中配置，在繼電保護(hù)技術(shù)中適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，要根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況來進(jìn)行調(diào)整。

3、增加系統(tǒng)冗余性

實(shí)際操作時(shí)，可以從以下兩方面做起：第一，以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)幫助并支持變電站自動化想，可以利用多種模式實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。第二，從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架需求分析。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架一般由3個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成，主要目的是提高變電站繼電系統(tǒng)保護(hù)可靠性。一是總線結(jié)構(gòu)。總線結(jié)構(gòu)可利用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳送，減少了接線，但是由于冗余度較差，在實(shí)際使用中，必須經(jīng)過長時(shí)間操作才能實(shí)現(xiàn)目的。二是環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)與總線結(jié)構(gòu)較類似，環(huán)路上任意一處均可提供不同冗余，將其與以太網(wǎng)聯(lián)合起來，可以形成管理交換機(jī)，具備了生成樹協(xié)議，此種操作還可以給機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行提供物物理中斷冗余，可以將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)控制在一定操作范圍內(nèi)，收斂時(shí)間較長，一般難以完成相關(guān)任務(wù)，影響了系統(tǒng)重構(gòu)。三是星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)就是等待時(shí)間較短暫，可以應(yīng)用于導(dǎo)頻高要求的場合，沒有冗余，但是將其應(yīng)用到交換機(jī)運(yùn)行中會影響信息傳送，可靠性較低。所以給變電站選擇繼電保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架時(shí)，必須結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，在詳細(xì)了解各自情況后，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高繼電系統(tǒng)可靠性。

4、完善環(huán)形結(jié)構(gòu)在目前保護(hù)裝置中的融入

環(huán)形結(jié)構(gòu)的可靠性較高，將其融入到母線保護(hù)裝置中，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，環(huán)形母線的可靠性較低，其應(yīng)用到母線保護(hù)中，不僅提高了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，也提升了內(nèi)部相關(guān)指標(biāo)的性能，而且母線環(huán)形結(jié)構(gòu)不會對電氣元件造成較大損害，所以環(huán)形結(jié)構(gòu)在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中的融入，已經(jīng)成為提高繼電保護(hù)可靠性的基礎(chǔ)。

結(jié)束語

總之，電能是民眾日常生活、工作、學(xué)習(xí)必不可少的能源之一。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為民眾關(guān)注的重點(diǎn)。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行同智能電網(wǎng)的運(yùn)行息息相關(guān)。故而，電力企業(yè)應(yīng)不斷提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而保證智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張延旭.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的信息流建模與可靠性提升策略[D].華南理工大學(xué)，2016.

[2]趙一園.基于GO法的智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2016.

[3]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].電子測試，2016，01：107-108.

[4]高保泰.關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的探討[J].科技展望，2016，24：123.