智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性探究

喬焱

摘要：智能變電站保護(hù)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了一體化功能，使得系統(tǒng)和系統(tǒng)間能夠互聯(lián)、互通，同時提高了變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的交互水平，保證電網(wǎng)能夠安全、保質(zhì)保量、穩(wěn)定運(yùn)行，能夠更好地保護(hù)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(zhì)沒有隨著變電站智能化的發(fā)展而提高，導(dǎo)致工作人員和工作崗位相脫離，不符合時代發(fā)展的步伐;另一方面，變電站的保護(hù)措施不夠完善，容易造成繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而引發(fā)安全事故。基于此，需要提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性，準(zhǔn)確分析和計(jì)算變電站可靠性數(shù)據(jù)，有效提高變電站的穩(wěn)定性，從而推進(jìn)我國智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù)系統(tǒng);可靠性

引言

和傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式有所不同的是智能變電站控制層和間隔層體系結(jié)構(gòu)不同。在智能變電站中所使用的繼電保護(hù)的保護(hù)單元最重要的是交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接口、智能終端等。通過智能變電站可以將所采集的信息在保護(hù)裝置終端進(jìn)行匯總，并實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時反饋，大大提高了工作的效率以及安全保障。

一、智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的組成分析

1、電子式互感器。對于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)來說，電子式互感器是其關(guān)鍵的組成部分，電子式互感器的形式已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，由以往的電磁式革新為當(dāng)前的電子式，這種結(jié)構(gòu)的變化，能夠更加順應(yīng)市場走勢，適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。與以往的電磁式互感器相比，電子式互感器具有突出優(yōu)勢，例如，其能準(zhǔn)確地查找出故障出現(xiàn)的位置，除此之外，對于相關(guān)保護(hù)裝置的動作率有著極大的保障與提升，這也能夠促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定。從另外一個方面來看，傳統(tǒng)光纜的成本較高，而電子式互感器擁有配套的光纜，其成本較低。

2、合并單元。合并單元的主要作用是把電子互感器傳輸過來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行組合，采用一致的時間標(biāo)簽和指定的數(shù)據(jù)傳輸格式把采集到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到保護(hù)控制裝置，是過程層級數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾骷：喜卧c電子互感器可以實(shí)現(xiàn)很好的配合，是過程層關(guān)鍵的電氣元件，也是智能變電站重要的環(huán)節(jié)，并防止互感器和繼電保護(hù)裝置相互間產(chǎn)生復(fù)雜的接線，進(jìn)一步減少了建設(shè)成本，可以實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的數(shù)據(jù)共享。

3、交換機(jī)。智能變電站應(yīng)用交換機(jī)建立網(wǎng)絡(luò)平臺來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換，取代了傳統(tǒng)變電站利用電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健＝粨Q機(jī)是通信網(wǎng)絡(luò)中重要的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈路層級的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息幀的轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸數(shù)據(jù)信息時，交換機(jī)可以形成可靠的數(shù)據(jù)渠道，控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量，從而保證數(shù)據(jù)幀可以實(shí)現(xiàn)快速交互，并通過交換地址表使信息在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)傳輸。生成樹協(xié)議的應(yīng)用，有效解決了交換機(jī)不形成環(huán)路的問題，防止出現(xiàn)廣播風(fēng)暴，使交換機(jī)相互間產(chǎn)生冗余鏈路，有效提升了智能電站穩(wěn)定性和安全性。

4、智能終端。在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，相關(guān)工作人員引入相應(yīng)的智能終端可以解決電力故障系統(tǒng)檢測不及時的難題，智能終端可以及時準(zhǔn)確并且高效地解決好相應(yīng)的電力故障問題，并且提供相應(yīng)的解決方法。除此之外，智能終端還能精確地接收到一些保護(hù)裝置的跳合閘的指令，并且將接收到的來自于斷路器的信息準(zhǔn)確及時地傳送到相應(yīng)的站控層中去。另外，智能終端的智能性還體現(xiàn)在其能夠精確地監(jiān)控到電力系統(tǒng)內(nèi)部元件的溫度、機(jī)械能狀態(tài)等相關(guān)信息，通過掌握這些數(shù)據(jù)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)電力故障的順利解決提供一些理論基礎(chǔ)。

二、智能電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性計(jì)算

智能變電站采用雙重保護(hù)系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)之間是相互獨(dú)立的，不存在任何聯(lián)系，并配備雙網(wǎng)并行冗余通信協(xié)議，從而保證SV采樣數(shù)據(jù)信息以及GOOSE保護(hù)跳合閘保護(hù)信號可以實(shí)現(xiàn)在電站過程層的無損傳輸。兩套配置方式使繼電保護(hù)裝置可以滿足冗余設(shè)計(jì)要求，從而更好地保護(hù)繼電系統(tǒng)的可靠性。主變壓器智能保護(hù)終端、合并單元采用組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)連接，從而對GOOSE雙網(wǎng)進(jìn)行很好地保護(hù)。該通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對變電站系統(tǒng)開關(guān)量的采集以及發(fā)出傳輸跳閘保護(hù)命令，采用IEC標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)SV網(wǎng)絡(luò)對采集數(shù)據(jù)信息的傳送。為使智能變電站可以在應(yīng)用層面實(shí)現(xiàn)智能化，主變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用CPU控制器實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制功能，測量和采樣可當(dāng)作繼電保護(hù)啟動和識別的依據(jù)，從而更好地提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。主變壓器的保護(hù)可靠性，可利用最小路集和最小割集不交化控制算法，把每個電氣元件正常工作概率引入，從而獲取主變器可靠性函數(shù)為R主變（t=16P3itP7emP2smP2muPpr）。其中，Pit是變電站智能控制終端正常條件下概率，Pem則為網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)正常條件下概率，Psm是交換機(jī)設(shè)置正常工作概率，Ppr是繼電保護(hù)在正常條件下達(dá)到的概率，Pmu是合并單元在正常工作條件下的概率。把各種電氣元件的故障率引入，t取值為50年，從而得到主變壓器保護(hù)可靠度為09.999999911。為了對最小路徑集法進(jìn)行科學(xué)合理地驗(yàn)證，可以對可靠性函數(shù)準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，對多個繼電保護(hù)可靠性進(jìn)行串聯(lián)簡化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣竭M(jìn)行計(jì)算。220kV供電線路需要多個繼電保護(hù)單元，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式比較復(fù)雜，一些線路SV網(wǎng)絡(luò)為冗余結(jié)構(gòu)方式，需要應(yīng)用4臺SV數(shù)據(jù)交換機(jī)，但是110kV供電線路只采用了2臺SV數(shù)據(jù)交換機(jī)，可以看出前者具有更好的可靠性。

三、提升智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法

智能變電站母線保護(hù)是斷電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，母線裝置的可靠性會對智能變電站的正常運(yùn)行帶來影響。為提高智能變電站保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，需要使保護(hù)系統(tǒng)具備合理的冗余結(jié)構(gòu)。冗余裝置是提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵措施，任何型式的變電站都離不開冗余設(shè)計(jì)。可以利用兩套繼電保護(hù)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)終端保護(hù)設(shè)置、數(shù)據(jù)交換機(jī)及合并單元，以提高系統(tǒng)的保護(hù)性能。

1、變壓器繼電保護(hù)配置。電力系統(tǒng)供電電壓是設(shè)定好的，如果運(yùn)行電壓值出現(xiàn)波動，會使配電系統(tǒng)正常運(yùn)行受到影響。智能變電站控制運(yùn)行電壓時，需要采用主變壓器來完成。變壓器是變電站重要的電力設(shè)施，電壓的控制采用分布配置的辦法來實(shí)現(xiàn)，從而起到對變壓器的保護(hù)，可以采用差動斷電保護(hù)的措施。保護(hù)變壓器時，可以采用集中配置的辦法，保證繼電保護(hù)安裝可以獨(dú)立完成，實(shí)現(xiàn)對非電量的繼電保護(hù)功能。斷路器和電纜連接完成后，可以把繼電保護(hù)的性能充分發(fā)揮，變壓器的可靠性得以顯著提升。

2、可視化技術(shù)的應(yīng)用。故障的排除是保證繼電保護(hù)穩(wěn)定性和可靠性的張耀保障。而當(dāng)前飛速發(fā)展的信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時故障排查變得更加的容易。所使用的傳統(tǒng)的通過數(shù)據(jù)、表格以及圖形等方式所進(jìn)行的故障排查已經(jīng)無法滿足繼電保護(hù)的需求。而在繼電保護(hù)中通過對可視化技術(shù)的利用實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)測，并進(jìn)行故障分析。對于智能電網(wǎng)來說信息傳輸故障的發(fā)生是在所難免的，因此在進(jìn)行錯誤信息的排查時應(yīng)該保證所形成的故障波動與中間節(jié)點(diǎn)文件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是一致的，如此才能引導(dǎo)工作人員更加及時準(zhǔn)確的找到故障發(fā)生位置并結(jié)合導(dǎo)致故障發(fā)生的原因?qū)ζ洳扇♂槍π源胧岣吖收吓挪樾省?/p>

結(jié)束語

想要保證智能變電站可以高效運(yùn)行，繼電保護(hù)是必不可少的，在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中傳統(tǒng)變電站的設(shè)備元件已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)需求，傳統(tǒng)設(shè)備也有光纖代替。在智能變電站中結(jié)構(gòu)和元件組成對于整個電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行有很大影響，所以說實(shí)現(xiàn)智能變電站繼電保護(hù)是評估智能電網(wǎng)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，同時也是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)全面建設(shè)的關(guān)鍵步驟。通過繼電保護(hù)的穩(wěn)定運(yùn)行促進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)的穩(wěn)定發(fā)展。參考文獻(xiàn)

[1]王鑫.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（4）：57-58.

[2]何曄，何瑾.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)及可靠性研究[J].數(shù)字通信世界，2018，No.162（6）：229-230.

[3]李青珠.智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的相關(guān)分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（14）.

出生年月：1985年2月，籍貫：山東濟(jì)寧泗水縣，民族：漢，性別：男，學(xué)歷大學(xué)本科，職稱：工程師，畢業(yè)院校：山東科技大學(xué)，研究方向：電氣工程及其自動化