智能变电站可靠性分析

张秋丽（国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南　岳阳　414000）



智能变电站可靠性分析

张秋丽（国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南岳阳414000）

本文深入分析了智能变电站的特点、可靠性模型以及继电保护的可靠性分析。希望能够对读者提供一些借鉴和参考。

智能变电站；特点；可靠性；分析

1　前言

随着经济的不断发展和进步，对电力资源的需求量也在不断增加。变电站是电力稳定的重要设备，保证变电站的可靠性更是电力生产的基础。

2　智能变电站技术特点

2.1高度可靠性

高度可靠性是电网设计中的应用智能变电站技术的最基本要求。不仅要求变电站本身及其设备具有高度可靠性，还要求变电站具备自我诊断和治愈功能，并能够提前防范设备故障，在故障发生时迅速做出反应，有效减少故障造成的供电损失。

2.2强大的交互性

智能变电站技术要为智能电网提供准确、可靠、完整、实时信息。为了满足电网的控制和运行需要，智能变电站要及时采集数据信息并实现全站共享，与电网的高级应用程序互动，为智能电网运行的安全可靠经济提供基本保障。

2.3高度集成

智能变电站技术与计算机技术、现代通信技术、电力电子技术和传感测量技术等进行高度融合，兼容虚拟电厂和微网技术，能够简化智能变电站的数据采集方式，形成统一的信息支持平台。

2.4信息互动化

顺序控制：其主要功能是实现变电站的就地顺序控制以及远程监控，主要包括实现间隔层设备的“运行、检修、备用”状态的转换、双母线倒闸操作、变压器各侧跨电压等级操作、开关柜运行操作等。电压无功自动分析控制：结合应用调度、集控主站系统和变电站自动化系统，把各类节点参数进行处理，整合出VQC和AVC最优方案，最后再把方案反馈下发至变电站自动化系统，以实现无功调节命令。

3　站域保护系统可靠性模型

3.1站域保护子系统分类

由于站域保护系统由多个不同组件构成，为不失一般性且方便计算，在可靠性分析中，将保护系统分为采样子系统、跳闸子系统、保护装置子系统和对时子系统4个子系统。采样子系统可靠性表示SV信息从合并单元（MU）经SV通信网络至保护装置入口的可靠性；跳闸子系统可靠性表示保护信息从保护装置出口经GOOSE通信网络至智能终端（ST）的可靠性；保护装置子系统可靠性表示站域保护装置本体的可靠性；对时子系统可靠性表示同步时钟和对时链路的可靠性。鉴于对时子系统对站域保护的影响主要体现在采样同步性方面，在实际可靠性分析中，可只考虑其对MU采样同步的影响。

3.2站域保护系统整体可靠性模型

由于站域保护系统包含较多的二次组件和复杂的通信网络结构，本文将利用故障树结构函数建立站域保护系统的可靠性分析模型。故障树是一种图示模型，利用各种逻辑门来反映系统与组件的因果关系，即从顶事件出发，通过中间事件到各有关的基本事件有机地连成一棵倒置的事件树。根据事件树，可进一步建立整个系统的可靠性分析模型。

3.2.1采样子系统和跳闸子系统

采样子系统失效和跳闸子系统失效均将导致站域保护系统失效。保护的失效包括误动失效和拒动失效2类特性，因此采样子系统和跳闸子系统的可靠性分析也需分别考虑误动可靠性和拒动可靠性。站域保护可获取全站各间隔电气量信息，因此具有一定的信息冗余度，通过合理的设计有助于改善在某间隔信息缺失或错误情况下的继电保护性能，这也是站域保护相较于传统保护的一大优点，在这方面已开展了相关的研究工作。例如，当一组电压互感器（TV）断线或SV失效，可由另一组TV的SV代替，无需闭锁保护；在变电站正常运行条件下某间隔的电流互感器（TA）采样信息发生错误时，可以结合其他线路的TA采样信息，通过基尔霍夫定律检测出该间隔的SV错误，并用由基尔霍夫定律得到的计算值代替该间隔的SV，从而使得站域保护做出正确的决策。当电网发生故障，且单间隔SV错误时，也可通过相关处理措施，保证保护动作的正确性。因此，采样子系统的可靠性模型可采用表决门实现。

3.2.2通信子系统

SV网络和GOOSE网络的可靠性通过建立网络的最小路集进行评估。网络中能使源宿点连通的一组链路的集合称为网络的一个路集，如果某个路集中任意1条链路发生故障就会造成源宿点不能连通，则此路集是一个最小路集。最小路集中任一组件失效则此路集失效，所有最小路集失效，则该通信网络失效。由交换机和光纤元件的失效机理可知，通信子系统故障即为拒动失效。因此，假设某一通信网络的最小路集为个数为n，则该通信网络的可靠性模型如图1所示，其中SW、FI分别表示交换机和光纤。

图1　通信网络可靠性模型

3.2.3保护装置子系统

站域保护系统的保护本体装置包括电源供应元件（PSU）、通信功能元件（CU）、保护装置内的中央处理器（CPU）、存储器功能元件（MEM）4类主要功能元件。依照保护装置硬件系统的构成特点，建立保护装置误动和拒动可靠性模型，如图2所示。

图2　保护装置可靠性模型

图2中QD表示启动元件，ACT表示保护算法，二者与保护原理有关。保护装置为双重化配置，则保护装置子系统只需任意1套保护装置误动则误动失效，而保护装置子系统拒动失效则需2套保护装置同时拒动。在分析时，假设各模块误动失效和拒动失效率各占模块失效率的50%。

3.2.4对时子系统

目前，智能变电站采用的对时方式主要有B码对时和IEEE1588对时，其中B码对时又可进一步分为单时钟单链路、双时钟（主、备用时钟）单链路和双时钟双链路等不同模式，其中单时钟单链路结构由于其可靠性较低，一般不适用于网采方式的站域保护。因此，主要针对双时钟单链路和双时钟双链路的B码对时方式，分析其对站域保护可靠性的影响。对时系统故障会使得MU采样失步，一般处理措施是闭锁相关保护，即对时系统故障一般不会造成站域保护误动，但可能导致站域保护部分功能或全部功能失效而发生拒动，进而造成大范围的停电事故。

4　智能变电站继电保护系统可靠性分析

4.1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，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。

4.2过流电压限定保护

智能变电站运行中，受电流过载等外部因素影响，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，但是容易因发生外部故障导致跳闸的现象，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。

4.3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。

5　结束语

综上所述，我们要重视智能变电站的可靠性分析，采取有效的措施保证变电站的稳定运行，促进电力系统的持续优化进步。

［1］张沛超，高 翔.全数字化保护系统的可靠性及元件重要度分析［J］.中国电机工程学报，2015，28（1）：77～82.

［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.

张秋丽（1984-），女，工程师，硕士研究生，主要从事电力系统继电保护的工作。

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2095-2066（2016）12-0068-02

2016-3-28