對智能變電站繼電保護系統可靠性問題的分析

張笑波，劉琪，夭小麗，楊小玲，徐榮，郝美佳，李志萍

（國網定西供電公司，甘肅 定西 743000）

0 引言

電力系統的發展與社會需求的變化是相契合的。當社會需求逐漸增強時，電力系統需要進行相應的技術改進。所以，我國各地的電力系統也在適時地引入和適應新技術，以實現系統能效的升級。于是，智能變電站得以廣泛地建設，其構架下的自動化運維模式、運維系統，也為人們廣泛關注。其中，繼電保護系統乃智能變電站中的“公安”系統，維護著其整體運行的安全。該系統的運行可靠性保證，就成為極具研究價值的議題。

1 智能變電站簡述

智能變電站，即一種新型的，以電子通信技術為依托的變電站模式。它主要是有效運用了電子通信網絡技術二次系統，繼而實現了功能（測量、采集、控制電力數據信息等）的集成。

智能變電站的應用在很大程度上有效地改善了數據“孤島”的現象[1]。智能變電站區別于傳統類型的變電站。它能夠智能化地運作，實現即時性地、科學地采集、分析電網運行時所產生的各項電力數據。同時，它能夠使光纜的應用方式改變，從而順利規避令傳統變電站困擾的電磁兼容問題。在科技發達的當下，它還能有效利用以太網，從而高速采集、傳送電流、電壓的模擬化數字信號，繼而依靠對自動化斷路器等技術設備的智能啟動來驅動整體的變電站電力系統的自動化流程，并保證其高效率運作。智能變電站的運維技術應用是現代人們的重要探索方向,該技術在電網運行維穩方面做出了突出貢獻[2]。繼電保護系統可靠性研究也屬于相關技術探索的一個方向。

2 繼電保護系統可靠性保持的現實價值

繼電保護系統是內嵌于智能變電站電力系統之中的。它的“職責”是，當電力系統出現異常運行情況抑或故障時，要在第一時間、最小影響的原則下，自動切除故障設備于系統之外，抑或對外發出警示信息，提醒值班者去人工處理異常情況，從而將異常或故障對周邊地區的供電影響降到最低，也盡可能防止或減輕對設備的損壞。當前,人們對于電能的需求越來越多,這就要求在電力系統的運行過程中切實有效的配備與之相對應的繼電保護系統,以此來從根本上有效確保電力系統安全平穩地運行[3]。保持繼電保護系統可靠性，意在讓其能夠以應付多樣的環境為前提，在一定的時限內完美完成設定任務。繼電保護系統是輔助性的存在，助力智能變電站的可靠性運行。在該系統下，種類繁多的智能電子設備是一個個組成因子。所以，這些因子的可靠、安全運行，是保證繼電保護系統可靠性的前提。如果某一設備出現了運行環境，抑或相關電力系統數據信息方面的異常，在不啟動繼電保護操作的情況下，則會直接影響到智能變電站電力系統的安全性。相反，繼電保護系統快速分析、判斷出設備異常，定位故障點，則可以及時截斷故障線路，繼而再啟動備用線路，使整個電力系統不受影響，繼續穩定運行。

例如，在我國，中電做到了變電站配網全面自動化，在其中也部署了繼電保護系統，其采用的是光纖縱差保護的方式。這樣，在N-1、N-2狀況下，電力系統即可自動隔離故障，有序而穩定地進行轉供電。而且，在繼電保護的同時，中電還在電力系統中嵌入了狀態監測體系，能夠讓系統立足于對設備狀態的全面分析，快速實現狀態檢修，做到更加完善的設備管理。隨著信息與通信技術在繼電保護系統中的應用不斷加深,基于高度信息開放背景下的在線運檢成為了提升繼電保護系統運維有效性的新模式[4]。

再如，我國深圳福田核心區，在繼電保護系統可靠性保持上，采取的是斷路器組合光纖縱差接線的方式；而其前海地區，則采取的是配電自動化組合光纖差動保護的方式，形成了一個保護測控系統。這兩種繼電保護模式，都能夠做到快速隔離、恢復故障。

作為電力系統的關鍵組成部分,智能變電站關系著電網系統的工作效率[5]。以繼電保護系統的可靠性為前導來確保智能變電站的系統高效運行，其現實意義重大。

3 影響智能變電站繼電保護系統可靠性的因素

3.1 配網自動化故障搶修能力低的影響

目前，盡管我國已建成許多智能變電站，但其配網故障的搶修，依然沒有實現高度自動化，搶修能力低，在技術手段應用上有不足，包括對電力設備狀態的綜合研判能力低、故障點查找定位能力低、設備合并搶修能力低等。例如，配網中的轉電操作上，有些變電站盡管遵循了“能轉必轉”的原則，但人工操作的占比較大；故障查找上，有的地區對電纜線路采取定位儀查找的方式，對配電自動化技術應用水平低，致使耗時多，效果差；設備狀態檢修上，有的地區主要依靠地電波、超聲波、紅外等傳統手段，未能實現設備狀態智能監測。這些現象的存在，說明傳統的電力系統保護方式依然大范圍被使用，其與智能化的繼電保護系統在協調性上會很差，所以會對其可靠性有負面影響。

3.2 繼電保護系統內部原因的影響

（1）信息傳輸障礙。一個智能變電站中，設置有多樣化的智能化設備，它們均要求電力數據信息的傳輸速度有保證、分析處理質量有保證，若其繼電保護系統下的電力數據信息產生傳輸方面的障礙，則能夠引發相關指令的系列應答反饋，且是無效性的，這會妨礙電力系統的有序運行。例如，當與相關設備有連接的光纖線路（傳輸介質）發生故障，那么其傳輸的電力數據信息，在效率上就大打折扣，既會使變電站增加支出的成本，也會妨礙變電站的平穩運行。

（2）系統失誤。該系統的常見性失誤往往集中表現為計算失誤。此類失誤定然要影響到其系統的功能發揮。若對該類失誤繼續細分，則是以人工計算失誤、定值整定計算失誤這兩種為主，其中，前者一般是引起一些操作上的誤差，降低繼電保護系統的可靠性；后者一般容易帶來繼電保護系統運行的大風險。

4 提高繼電保護系統可靠性的路徑

4.1 提升配網自動化水平及其與繼電保護系統的協調性

（1）配網自動化建設方面。各地區可逐漸實現全面性的電力工程配網自動化，讓智能變電站不再是局部的智能化，能夠依托于自動化系統做到對異常和故障的急速定位、快速反應隔離等，以提高其繼電保護系統功能效率。為此，各地區應結合變電站建設需要，開展配網自動化建設，合理規劃編制相關自動化建設方案。具體的建設中，其設備配置要注意繼電保護方面的應用，例如，配電網設備新建或改造時，可將各設備開關配置為斷路器型開關，從而便于其完成繼電保護配合操作，其配電終端也應具備繼電保護功能，可對故障快速反應切除；設備電流互感器在配置時，需要突出數據線上監測、故障數據采集、繼電保護的功能需求等等。

（2）與繼電保護系統的協調方面。在將智能變電站的整體配網自動化水平提升的同時，其自動化系統與繼電保護系統的協調性也要有保證。變電站內部應形成統一的故障檢測、檢修處理方案、轉供電方案等，其各項操作要與自動化的繼電保護程序相協調，即要使自動化系統和繼電保護系統在故障處理上，保持節奏上的一致。

4.2 繼電保護系統自身可靠性的提升

（1）變壓器運行方面。變壓器影響著電力系統的電壓穩定性，需要得到可靠性保證。智能變電站可利用比率制動原理、人工神經網絡原理等來優化變壓器功能。例如，人工神經網絡原理，能夠在保證電力設備保持高精確度運作的情況下，實時、翔實地記錄其運行狀態，并且控制其相關功能。

（2）過程層運行方面。在繼電保護系統中，其過程層良好運行能夠較好地保護系統變壓器設備和母線。有了過程層保護，電力系統就能夠快速響應其運行時出現的電力波動，而且把其中的異常波動電波用最短的時間恢復為正常范圍內的可控電波。智能變電站可采取多段線路保護的方式來保護系統變壓器設備、母線，使相關硬件以及它們的開關控制都保持獨立。這樣，系統對電力運行數據的記錄將有準確性保證。

（3）間隔層運行方面。在繼電保護系統中，其間隔層的功用在于為特定范圍中的電力線路和端母線、各線路控制開關、系統后備設備做好實時的保護，并做好故障分析，結合故障解決要求反饋出合適的處理辦法。智能變電站應做好間隔層日常運行檢查，按照電網運行的動態需求來調整間隔層相關配置。

（4）系統結構調整。智能變電站可致力于優化繼電器保護系統的結構。以往傳統類型的變電站處于二級系統中，其實際的電力信息采集操作往往存在一定程度的冗余性。這一現實使得智能變電站需要大量地耗時去采集電力數據信息，從而限制了其數據信息采集效率的提高。因此，智能變電站可基于優化系統結構的措施，使得繼電保護系統的冗余大大減少。例如，智能變電站可以將繼電保護作為綜合目標，利用統一數據源的方式使電力數據信息采集產生的延時得到降低。

（5）電壓調控。一個智能變電站有序運行過程中，若受到諸如電流等有關因素影響時，就要發生線路故障，例如短路，由此，智能變電站將產生負荷電流的現象。這時，對電壓進行調控，例如限定延時，則能夠很好地對智能變電站的整體運行線路的電流量展開詳細測量。測量后的分析中，系統若發現線路中存在負荷電流，且其電流量已超過設定的安全值，則由電力系統迅速發送警報信息，且一并執行線路保護指令，以確保電力系統安全運行。

5 結語

綜上所述，智能變電站的存在為現代人們的生產、生活提供了更加高效的電力運行保證。其電力系統下的繼電保護系統運行也應得到可靠性保證。為此，智能變電站既要注意提升配網自動化水平及其與繼電保護系統的協調性，又要注意繼電保護系統自身可靠性的提升，使其安全運行獲得全方位的保證。