智能变电站继电保护系统可靠性分析

摘 要：智能变电站继电保护系统在结构和内涵上不同于传统的变电站，其工作的安全可靠性对智能变电站安全稳定运行具有重要作用。本文阐述了智能变电站继电保护系统结构，对其系统可靠性进行分析，探讨智能继电保护系统的薄弱环节，明确系统元件重要度区分，以为智能化变电站继电保护系统优化设计及运行维护提供借鉴。

关键词：智能变电站；继电保护系统；可靠性

1 智能变电站继电保护系统结构

智能变电站的基本特点是信息数字化和通信网络化，其继电保护系统不同于传统变电站点对点方式连接的互感器、断路器和保护单元，而是具备更多元件。合并单元将多个互感器采样数据汇集后合并，进行格式处理后把数据帧传递给交换机。智能终端是一次设备如断路器等的智能功能体现者，接受跳合闸及闭锁信息已控制断路器动作，同时采集断路器开关位置信息传递给保护单元。交换机及其相关网络替代了传统二次电缆，作为二次设备与合并单元之间的信息传递平台，实现各系统设备之间信息共享。与此同时，为实现继电保护对发生事件的时间序列上的准确性要求，需要满足全站设备的统一对时功能，配置同步时钟源。通信介质和接口必不可少，其连通性对保护系统运行正常与否产生直接影响，通常采用光纤，接口故障和通信故障效果相同，可以将接口视作通信介质组成部分。所以，完整的智能化继电保护功能通常具备八大功能模块，传输介质（TM）、互感器（MI）、合并单元（MU）、交换机（SW）、保护单元（PR）、智能终端（IT）、断路器（BR）、同步时钟源（TS）。

2 智能变电站继电保护系统可靠性分析方法

智能变电站继电保护系统功能实现是由信息流来完成的，通路顺畅，各类信息准确可靠的在始端和终端之间传递，才能有效完成继电保护功能。同步对时功能、SV报文以及GOOSE报文信息回路连通的效果是影响继电保护系统可靠性的决定因素。

2.1 系统可靠性计算一般方法

对于多元件或是多个子系统形成的系统，任一元件或是子系统故障就会使系统功能实现失败，它们处于串联关系，其可靠性计算公式为： R=R。

其中，R为全系统可靠性；m为系统元件或是子系统个数；Rj（j=1，2...，m）为第j个元件或是子系统可靠性。

系统中如果元件或子系统存在备用或是冗余配置时，只有所有组成部分全部失效使才会形成系统故障，这时它们之间处于并联状态，其可靠性计算公式为： R=1-（1-R）

系统通常构造复杂，各组件之间并非处于实质上的串并联关系，在必要回路无障碍连通时，即能实现系统功能。因此，对于复杂系统，通常进行节点间连通概率计算，所采用的方法为最小路集法，即所有最小路径集合，其中任意节点或是线段均不可缺乏。最小路集算法中每条路径可靠性计算公式为： P（Li）=R；

其中，P（Li）为最小路径Li连通概率；Rj（j=1，2...，m）为Li中第j个元件可靠性，所有最小路径处于并联关系，一条可以连通，则系统正常工作。因此，推导出系统可靠性公式为：R=1-（1-P（Li））；将式中相乘项展开得到系统可靠性计算公式：R=P（L）-P（LL）+P（LLL）-...+（-1）P（LL...L）。式中，P（LL）是最小路径L和L同时连通概率，依此类推。

2.2 智能变电站继电保护系统可靠性计算方法 将智能继电保护系统中的传输介质视为线段，各元件视为节点，使之作为一个连通网络系统进行最小路集法运算。

2.2.1 智能继电保护系统对时回路可靠性分析方法 对时回路相关元件可靠性是对时回路可靠性的计算依据之一，需要进行对时的有合并单元、智能终端及保护单元等元件，加入时钟源进行修正后的元件可靠性计算公式为

R′=1-（1-P（L））

R′=1-（1-P（L））

R′=1-（1-P（L））

式中，R′、R′和R′表示修正后合并单元、保护单元及智能单元可靠度，p属表示同步时钟源到相关设备第i条最小路径；n表示最小路径。

2.2.2 SV回路和GOOSE回路可靠性分析方法

这两个回路计算与对时回路有所区别，其计算公式为：

R=1-（1-P（L））

R=1-（1-P（L））

式中，R和R表示SV和GOOSE回路可靠性，P属表示互感器、保护单元到断路器第i条最小路径。

2.2.3 智能变电站继电保护系统可靠性计算

全套保护系统的正常运行，需要SV回路和GOOSE回路同时正常工作，两者之间的关系为串联，其可靠性计算公式为：R=R·R

保护单元冗余配置，计算每套保护所对应SV回路及GOOSE回路可靠性，处于并联关系的各套保护系统可靠性即为全套保护系统可靠性，其计算公式为：R=1-（1-R）。其中，R表示第i套保护中系统可靠性。

可靠性计算如果通过手工进行最小路集法计算会产生较大计算量，运算较为复杂，通过计算机编程软件来计算，简化计算过程。

3 智能变电站继电保护系统可靠性分析

3.1 变压器配置保护 变电站配电过程中，电压额度需要限定，电压过载或是不足，就会对电力系统正常运行产生严重影响，电压调节控制功能由变压器系统完成，其是变电站继电保护系统重要对象之一，其正常运行是继电保护系统功能实现的表现之一，因而是影响继电系统可靠性的重要因素之一。为提升继电保护系统可靠性，变压器进行配电保护过程中，进行分布式配置，实现变压器差动功能继电保护。而其后备装置的继电保护，则采用集中式配置手段以降低系统复杂程度，避免降低保护系统可靠性。

3.2 过流电限定保护 智能变电站运行中，受电流过载等外部因素影响，易出现外部断路，引发电流过负荷现象，过负荷电流虽在电流大小上与正常电流相比没有较明显差距，但是容易导致外部故障发生时的跳闸现象，降低了智能变电站继电保护系统可靠性。配置中采用电压限定延时方式，准确测量各变电线路中电流量，过负荷电流现象一旦发生，可以及时向智能终端发出警报并由智能系统执行保护命令，有效提升继电保护系统可靠性。

3.3 继电保护系统线路保护 智能化变电站中，对线路的保护采用纵联差动保护方式，通常主要的装置方式分为集中式和后备式，通过合理的配置，使继电保护功能更为有效地发挥出来。该部分的保护，是继电保护系统的重要内容，它控制和保护各级电压间的间隔单元，同时完成对电力系统运行状态检测控制，是提升继电保护系统可靠性的有效方法。

4 结束语

智能变电站继电保护系统的可靠性，对电力系统安全稳定运行具备重要作用，通过有效的方法分析其可靠性，采取科学合理的系统配置手段，加强薄弱环节，有效保护系统重点部位，以保证继电保护系统安全可靠，促进智能电网建设工作顺利进行。

参考文献：

[1]王同文，谢民，孙月琴，沈鹏.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].电力系统保护与控制，2015，06：58-66.

[2]阎忠富.关于智能变电站继电保护的可靠性探索[J].科技视界，2015，16：250.

作者简介：付洪伟（1981-），男，国网冀北电力有限公司迁西县分公司，助理工程师，本科，研究方向：继电保护及变电站运维检修。