智能变电站继电保护系统可靠性分析

汤军（国网合肥供电公司，安徽省合肥市230022）

智能变电站继电保护系统可靠性分析

汤军（国网合肥供电公司，安徽省合肥市230022）

随着智能变电站技术的推广应用，智能变电站继电保护可靠性问题成为目前关注的焦点。智能变电站继电保护，能够将原来独立继电保护装置的实际功能分解在不同的IED中，在这样的背景下，使得影响继电保护可靠性的因素复杂化。为此，本文立足于智能变电站的继电保护系统，分析保护机制的可靠性。

智能变电站；继电保护系统；可靠性；分析

前言

继电保护是电网安全稳定运行的最重要的防线，其在系统发生故障时能否实现可靠的动作，以及非故障时可靠不动作将对人身安全、设备安全产生着直接的影响。随着智能变电站的推广范围逐渐扩大，每年都有大量的智能化变电站投运应用，那么如何对智能变电站继电保护系统进行准确的可靠性评估，一直是继电保护工作中所面临的难题和研究的重点。

1 智能变电站继电保护系统的组成

1.1 电子式互感器

电子式的互感器是智能变电站继电保护系统中的重要组成部分，传统的互感器一般为电磁结构，电磁式互感器不能应对数字化的电气量测系统发展。因此采用电子式的互感器，该种新型的电子互感器与传统的互感器相比具有家较好的是故障检测准确性，从性能上能够提升是保护装置的正确动作率，实现电网系统的稳定运行。从经济效果上分析，电子式互感器能够利用光缆取代电缆，使得绝缘结构更加的简单化。从设备的发展性上进行分析，电子式的互感器能够提供数字量的输出，实现二次设备系统集成，促进变电站实现智能化［1］。

1.2 合并单元

在电子式互感器传来系统采样信息后，合并单元将采样信息进行科学的组合，以特定的数据格式，将采样信息传输到保护装置中。现如今，合并单元已经能够成为智能变电站保护系统中必不可少的重点环节。合并单元的作用突出，一方面能够有效的避免互感器与保护装置之间的接线复杂，另一方面有效的减少人力和物力之间的成本，保障电力系统中的二次设备之间实现有效的数据共享［2］。

1.3 交换机

交换机是智能变电站继电保护系统中的核心部件，在继电保护系统中，以交换机为核心设备的以太网能够将传统的保护系统代替，继电保护装置是变电站的大脑，交换机是智能变电站的中枢神经。在数据传输环节中，交换机的主要功能够建立在通信通道基础上，实现数据帧的交换。

1.4 智能终端

在电网电力系统中，经常会出现很多故障，为了实现故障检修，需要引入d智能终端。智能终端的出现能够对系统断路器设备内部的电、磁、温度、机械等状态进行检测。该种基于智能终端的检测，其故障预防性能比较高，实现系统的智能化控制。一般情况下，智能终端一方面能够接收保护装置传来的跳合闸命令，另一方面也能够将断路器的实时信息传递到站控层。

2 智能变电站继电保护系统的可靠性计算

2.1 主变保护的可靠性

在主变保护与智能终端、合并单元中所采用的组网方式，通过GOOSE网络采集开关量信息，以及传输跳闸命令。并且通过SV网络进行采样信息的传输。在智能变电站中，进行主变压器的保护，为了实现智能变电站的继电保护，需要在智能化中系统中，采用保护测控一体的装置，一方面能够提升装置的整体可靠性，另一方面能够为系统保护启动提供科学的依据。主变保护组网方案中的可靠性框图如图1。

图1 主变保护组网方案中的可靠性框图

2.2 线路保护和母联保护的可靠性

在进行线路保护和母联保护的可靠性进行分析环节中，需要进行线路保护的组网方案设计。以数字化的线路保护装置为例进行分析，数字化的线路保护装置和传统的装置相比，其在系统中的应用，开关量和模拟量的获取都需要通过光线以太网的通信方式来获取。目前，在智能变电站中的继电保护中，组网的采样值的光纤接口为SV接口，其跳闸输出和开关量输入需要共用一个GOOSE口。数字化的线路保护不仅能够满足线路两端的数字化需求，还能够与传统线路保护相互配合，完善光纤纵差保护功能［3］。

2.3 母线保护的可靠性

在母线保护的组网模式中，各个间隔的智能终端能够向系统提供刀闸位置，并且通过GOOSE网络，将信号传递到母差保护装置中。在该组网模式中，需要采用保护与合并单元联合的方式，通过IEC61850-9-2协议，进行网络信息采集。主变保护和220V线路保护的网络配置相同，由于主变保护需要连接35kV、110kV、220kV侧的断路器操作箱，其单元的数目比较多，主变保护可靠性有所降低。

3 提升智能变电站继电保护系统可靠性的建议

3.1 环形网络结构母线保护组网方案

提高智能变电站继电保护系统的可靠性，需要根据实际的系统需求，采用环形结构的母线保护组网方案。从母线保护组网模式中可知，各个间隔智能终端所能够提供的刀闸位置等遥信需要通过GOOSE网络，将信号输送到母差保护装置中。对于采样值组网方式，间隔单元的数据，需要送到母差保护装置中，母差保护动作出口的GOOSE通过相应的网络，发送到各个间隔的智能终端中。在这样的组网方式下，母差保护装置的容量受到一定的限制，过程层交换机所能够承担的报文流量增加。当单台的交换机接入单元的数量增加时，会使得系统中的可靠性逐渐降低。

3.2 智能变电站继电保护系统智能报警

当前，智能化的变电站中，实现继电保护，需要对变电站中的故障进行预警、检测以及报警。其中智能报警工作比较重要。实现变电站的智能报警，主要分为以下几个环节：

（1）当智能变电站中出现故障时，继电保护装置能够对站内的数据信息进行总结。同时智能报警系统还需要对站内的实时数据、警告信息、应用信息以及设备故障信息进行相应的数据信息收集与处理。

（2）电网故障的初步诊断。在电网系统中出现问题时，需要对其进行故障初步判断，在实际判断环节，对智能变电站系统数据进行对比，并提供出比较详细的故障报告。然后根据故障管理经验，在实际的智能变电站运行中，需要对变电站的报警信息进行分类，主要可以分为事故信息、变位信息、越位信息、系统异常信息等。

（3）系统的跳闸保护，当系统开关处于打开状态中，保护装置跳闸，信息能够对电网装置问题进行反馈。系统异常信息是指，当系统不运行时进行报警。变位信息是指，通过系统中开关的变换情况来反映出电网的实际工作状态。

3.3 智能变电站继电保护内容

在电网电力系统中，应对电力系统的故障，需要强化电力系统继电保护作用。在电网系统变压器设备安装之后，需要对设备进行保护，继电保护能够对变压器进行两方面的保护：

（1）进行变压器故障的瓦斯保护，系统中的绝缘材料在与油箱说中的油相互作用下，产生有害气体，因此需要对变压器进行瓦斯保护。一旦变压器油箱出现问题时，继电保护系统就作出反应，并在电力系统中发出报警。

（2）短路保护。当故障电路中的阻抗元件在运行一段时间之后，就会出现跳闸的现象，进而实现变压器中的短路保护。继电保护实利用阻抗元件中的阻抗原理，对电网电路进行保护。

4 结论

本文中对智能变电站继电保护系统组成进行分析，分别从电子式互感器、合并单元、交换机、智能终端等多个角度分析继电保护的组成。然后研究智能变电站的继电保护可靠性计算，分别进行主变保护、线路保护以及母线保护的可靠性分析。最后针对智能变电站继电保护现状，提出合理的建议。综上所述，通过对智能变电站继电保护系统的分析研究，有效提升了智能变电站继电保护的可靠性，促进电网系统运行，满足社会发展需求。

［1］王超，王慧芳，张弛，刘玮，李一泉，何奔腾.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究［J］.电力系统保护与控制，2013，03：8～13.

［2］谷磊.智能变电站继电保护可靠性研究［D］.广东工业大学，2014.

［3］景琦.智能变电站继电保护可靠性评估［D］.华北电力大学，2015.

TM63

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2095-2066（2016）30-0075-02

2016-10-10