智能变电站继电保护系统可靠性分析

万林豪

文章编号：2095-6835（2016）13-0126-02

摘 要：介绍了智能变电站继电保护系统的结构及元件组成，分析了影响智能变电站继电保护系统可靠性的各种因素，准确地评估了智能变电站继电保护系统的可靠性，并从继电保护系统设计和元件组成两方面入手找出了继电保护中存在的不足，以提高智能变电站继电保护系统的可靠性。这给进一步研究智能变电站继电保护系统的优化提供了重要理论，对供电企业进一步推进变电站智能化具有一定的指导意义。

关键词：智能变电站；继电保护；可靠性；跳闸方式

中图分类号：TM76；TM77 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.126

为了解决电力资源分布不均匀的问题，促进电能向节能环保的发展，加快电力系统的改革与发展，我国计划于2020年前完成智能电网的全面建设。智能电网是在原有的电网基础上利用信息、通信及计算机技术集成的新型智能化电网，相比原有电网能实现电能运输、管控的一体化和自动化，具有安全、节能、环保、高效等优点。智能变电站的建设是构建智能电网的基础，智能变电站是在结合电子网络通信技术的以太网数字化变电站的基础上加强自动化、智能化管控的变电站。

继电保护是保障智能变电站得以高效运行的关键。在智能变电站继电保护系统中，传统变电站原有的设备连接电缆由光纤取代，分成变电站层和过程层。智能变电站继电保护系统的结构及元件组成影响着智能化电网的安全、稳定运行，因此对智能变电站继电保护系统进行准确的可靠性评估关系着智能电网的全面建设。本文主要对对智能变电站继电保护的可靠性评估及优化进行研究。

1 智能变电站及其继电保护

1.1 智能变电站

智能变电站是在运用电子通信网络技术的二次系统的基础上集成信息测量、采集及控制的应用模式，以实现电网实时数字化、智能化和自动化控管。智能变电站的主要特征在于数字化的数据采集模式、网络化的信息交互模式、集成化的信息应用和状态化的设备检修。

与传统变电站的常规互感器相比，智能变电站使用了新的电子式互感器，利用高速以太网对电压、电流的模拟数字信号进行采集和传输，使用智能断路器等设备实现变电站的自动化。

1.2 智能变电站继电保护

基于IEC61850协议的智能变电站继电保护与传统的站控层和间隔层结合的体系结构不同，主要分为过程层和间隔层。智能变电站继电保护系统的主要元件为交换机、合并单元、网络接口、智能终端、电子互感器、同步时钟源等。智能变电站可将采集的信息汇总并传递至继电保护装置。继电保护系统接收命令后进行断路器的跳合阐，并反馈信息。

2 智能变电站继电保护系统的可靠性分析

可靠性是通过计算系统及元件在特定的环境、时间及条件下正常运作的概率来反映系统及其元件的完整程度的指标。系统能否进行修复对其可靠性的影响较大，因此，在分析智能变电站继电保护系统的可靠性时，应考虑到智能变电站继电保护系统属于可修复系统。继电保护系统的结构及其元件组成是影响继电保护系统可靠性的两大因素。下面我们对继电保护系统的结构及元件组成进行分析。

2.1 智能变电站继电保护系统的结构

220 kV 智能变电站按SV和GOOSE的传输是否共网等不同的采样、跳闸方式分为以下几种不同的继电保护系统典型结构：①直采直跳。继电保护设备采用光纤直连采样和跳闸，仅存在部分支路。②网采直跳。SV和GOOSE独立组网或共网。③直采网跳。继电保护设备直接采样，利用GOOSE网络跳闸。④网采网跳。继电保护系统的采样、跳闸均通过SV和GOOSE单独或共网络实现。

过程层网络是智能变电站继电保护系统的主要结构，继电保护系统需要通过过程层网络进行信息的采集和断路器的控制。GOOSE报文及采样值SV报文能确保继电保护系统的实时运作。

2.2 智能变电站继电保护系统的元件

智能变电站继电保护系统的主要元件为交换机、合并单元、网络接口、智能终端、电子互感器、同步时钟源等。

与传统的电磁互感器相比，电子式互感器具有无磁饱和、测量准确、经济、小巧轻便、数字化、安全等诸多优点。根据传感头电源的不同，电子式互感器可分为有源型和无源型。

合并单元能够实现过程层采样传输，通过接收时间标记电子式互感器传输的采样信息，将数据传送到继电保护设备。合并单元无需传统继电保护装置之间复杂的接线工作，节约了成本，同时实现了数据共享。

交换机作为智能以太网络的重要节点，在数据链路层上实现了数据帧的交换。随着交换技术的不断发展，信息流传递速度逐渐加快。当前使用的虚拟局域网（VLAN）通过划分智能单元，大大提高了通信效率。此外，对交换机的环路进行逻辑通断端口设置后，智能电网的运行更加稳定。

智能终端可以实现对断路器的实时监控，通过收集设备内部的各种数据检测断路器的运行情况。对断路器进行实时状态检修，能够预防并及时解决设备出现的问题及故障。智能终端既可以接受控制断路器开断的命令，也可以反馈断路器的运行情况。

同步时钟用于保证智能电网信号采集和传输的统一时序，确保智能电网运行的可靠性和准确性。同步时钟能够为电网运行过程中数据的采集和传输记录正确的顺序，以保证后续操作的准确性。目前，同步时钟源主要使用GPS（全球定位系统）。变电站内的对时装置接收GPS的时间信号发出同步脉冲，所有装置接收并解出同步计时点并校正。

3 提高继电保护系统可靠性的方法

要想提高智能变电站继电保护系统的可靠性，就要从继电保护系统的设计及设备组成这两方面进行优化。

优化继电保护系统的设计要做到以下几点：①根据具体情况建立合适的继电保护系统模式。对于智能站的间隔型保护，可以采用直采直跳的模式；对于多间隔型保护，应采用SV和 GOOSE 共网传输的网采网跳模式。②在电压限定延时的条件下测量电流量，以确保电流过负荷时能及时发出警报，提高继电保护的可靠性。③对继电保护的站控层和间隔层进行双重保护，除了依靠断路器的自动开断外，还要启动后备保护系统，防止开关失灵。针对电网运行的情况优化运行方案，提高智能变电站继电保护的可靠性。④利用可视化技术对智能变电站的故障信息进行可视化处理。这样有助于及时发现并处理故障。

优化继电保护的设备组成包括以下三方面的内容：①对系统的断电器、母线、输电线路和变压器等设备进行优化，保证电网的安全、稳定运行，从而降低系统运行的风险。②优化继电保护的变压器配置，防止电压过高或过低影响电网运行；保证变压器实现有效的差动继电保护并接通断路器进行继电保护。③加强电网的线路保护工作。对线路进行集中式和后备式保护，并对整个系统进行监测，以提高光缆的稳定性，降低电子干扰。

4 结束语

在智能电网全面建设的过程中，智能变电站继电保护系统的可靠性研究显得尤为重要。而提高智能变电站继电保护可靠性的方法有许多，因此，应该结合变电站的实际情况及需要，采取合适的方法来确保智能电网的安全、稳定、高效运行。

参考文献

[1]谷磊.智能变电站继电保护可靠性研究[D].广州：广东工业大学，2014.

[2]刘忠民，牟小雪，黄凤英.浅析提高智能变电站继电保护可靠性的措施[J].电子测试，2016（01）.

〔编辑：刘晓芳〕