智能变电站继电保护系统可靠性分析

古海江

摘 要：电网安全稳定运行的重要保证便是继电保护，它对我国智能变电站的发展具有着重要意义。因此，本文是对我国智能变电站所面临的问题进行主要探讨，对智能变电站环境下的继电保护进行分析，以希望可以为提高智能变电站的建造水平提供一些有益的借鉴。

关键词：智能变电站：继电保护：可靠性

智能变电站以其自愈性、安全性和经济性在世界范围内得到了广泛的推广以及应用，除此之外，它还具有在交互性、兼容性和高效稳定性等方面的优点，电力技术的不断发展过后，中国开始了智能变电站的建设。通过对电力市场改革的深入，电力环境发生了各种变化。保证电网安全运行可以通过自动化快速测量，有选择地做出预防事故的措施来实现。随着电力系统要求的提高，电力系统继电保护的功能也在不断的发展。一系列的科学步骤影响着继电保护是否可以充分达到智能变电站发展的需求，以更高的稳定性完继电保护工作。

一、智能变电站继电保护系统的组成

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]。

2、合并单元

在智能变电站中，采用合并单元对远端模块传送来的三相电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按特定的格式提供给间隔层设备使用。从已投入运行的智能站反馈来看，线路纵差保护线路两端数据采样存在同步问题;母线差動保护从多个间隔获取数据存在同步问题;变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据也存在同步问题。通常采用两种方案解决合并单元数据同步采样问题：①基于同步脉冲的同步采样，即全站采用统一的GPS秒脉冲信号，但是秒脉冲丢失时存在隐患。②二次设备通过插值算法再采样实现同步，该方案采样率要求高，不依赖于GPS和秒脉冲传输系统，对硬件和软件要求高，实现难度相对较大，但是更加稳定。

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。

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。

二、智能变电站继电保护可靠性原理

第一，可靠度。可靠度表示元件与系统在规定时间内，可以在有限时间完成的功率概率，目前已经成为考核系统可靠性的重要指标。第二，平均失效时间。平均失效时间表示，在系统规定条件下，安定运行到下一次故障的平均时间。第三，可用性。可用性表示系统或其他设备，可以在规定时间内完成所制定功能的操作，简而言之，可用性主要表示系统进行修复所耗费的时间，表示系统具有的较高可靠性。通过以上3项指标，可以掌握继电保护系统可靠性，进而有针对性地制定出防范措施。

三、智能变电站继电保护系统的可靠性分析

1、变压器配置保护

一般来说，变电站在进行配电的过程中往往需要限定电压的额度，只有适合的电压范围才会促进电力系统的正常运转，如果说电压出现过载或者不足的情况就会对电力系统的运转造成影响。而调节电压的功能是由变压器系统来提供的。因此，变压器系统可以说是整个变电站继电保护系统中必须要重点保护的。如果说变压器系统能够正常运行的化，也就意味着整个继电保护系统发挥了其应有的作用和功效。所以说智能变电站继电保护系统为了保证变压器系统的安全性，在配电保护的构成中采用的是分布式配置，这样就能够分散变压器系统的压力，从而保护变压器在电力调节的过程中不会承受过分的压力而导致电压超载或不足。而在后置装备的继电保护过程中则是采用的集中式配置手段，这样就能够以不同的手段来保证在配电过程中继电保护系统的可靠性不会因为外界因素的影响而降低。

2、过流电限定保护

导致出现外部断路，使电流发生超负荷现象主要是因为智能变电站在运行过程中时常遭到电流过载等一系列因素，能使外部发生故障导致跳闸的原因是，这种超负荷电流与其他电流大小存在较大差距。因此要在配置中利用过流电限定的方式，使变流电可以对产生的电流准确测量，如果一旦出现超负荷电流现象，可以及时向智能终端发出警报并由智能系统对其积极实施保护，进而有效提升继电保护系统可靠性。

3、继电保护系统的线路保护

线路保护装置的主要功能是对电力系统进行保护，采用的保护方式是纵联差动。线路保护装置的保护方法采用集中式和后备式两种，不论采用哪种保护方法，都可以在第一时间处理线路保护装置中出现的问题，使各项功能可以正常安全运行。对线路保护装置进行保护，可以对电力系统中各电压间隔进行保护和控制，同时也可以实现测量、控制、保护、通信等其他功能。线路保护装置同时也可以为其他装置提供完善的配电线路保护方案，如变电站、发电厂等，这些保护装置的存在，保证了电力系统的安全运行，配电保护功能更加具有可靠性。

四、提高智能变电站继电保护系统可靠性的措施

1、保证继电保护工作的完成

提高智能变电站继电保护系统可靠性的主要方式之一便是在该环节中以最短时间完成跳闸系统性工作，同时强化智能变电站内部部分电器设备的保护工作，如变压设备以及输电线路等，以此应对智能电网于实际运行过程中需要面临的风险，尽可能减少智能电网受到的损失，使得电网调度系统的运行更为安全、稳定以及可靠。但工作人员在实际工作中应注意如下内容：工作人员需对该系统的基础功能形成控制，且适当对该系统部分构件、设备以及装置进行精简，如用以保护的装置以及设备等。通常情况下，主保护定值的波动性相对较小，智能变电站处于实际工作中，其不可能出现较大的变化。故而，变电站可以更为安全、稳定的工作。但智能变电站中所用的大部分设备均为一次设备。因此，在对其实施继电保护时，设计人员应确保开关同硬件之间彼此独立，并采取一定措施保护其独立性，借此确保母线以及输电线路可以正常运行。

2、保证间隔层中的继电保护工作

在智能变电站的继电保护系统中，要应用双重化配置，如果配置后备保护系统，会实现后备设备的保护功能以及失灵的保护功能，对于相连线路和对端的母线也可以进行保护，基于后备设备电流，要正确判断电网运行中出现的问题和故障，从而可以制定比较有效的防跳閘策略。对间隔层进行继电保护，也可以实现电压的等级集中配置，在继电保护技术中适当的进行调整，要根据电网运行的实际情况来进行调整。

3、增加系统冗余性

实际操作时，可以从以下两方面做起：第一，以太网中的数据链路层技术帮助并支持变电站自动化想，可以利用多种模式实现共同目标。第二，从网络构架需求分析。网络构架一般由3个网络组成，主要目的是提高变电站继电系统保护可靠性。一是总线结构。总线结构可利用交换机进行数据信息传送，减少了接线，但是由于冗余度较差，在实际使用中，必须经过长时间操作才能实现目的。二是环形结构。环形结构与总线结构较类似，环路上任意一处均可提供不同冗余，将其与以太网联合起来，可以形成管理交换机，具备了生成树协议，此种操作还可以给机电系统运行提供物物理中断冗余，可以将网络重构控制在一定操作范围内，收敛时间较长，一般难以完成相关任务，影响了系统重构。三是星型结构。星型结构的主要特点就是等待时间较短暂，可以应用于导频高要求的场合，没有冗余，但是将其应用到交换机运行中会影响信息传送，可靠性较低。所以给变电站选择继电保护系统网络构架时，必须结合实际情况进行分析，在详细了解各自情况后，选择合适的网络架构，提高继电系统可靠性。

4、完善环形结构在目前保护装置中的融入

环形结构的可靠性较高，将其融入到母线保护装置中，具有较强的实际应用意义。经过分析发现，在传统结构中，环形母线的可靠性较低，其应用到母线保护中，不仅提高了智能变电站继电保护系统的可靠性，也提升了内部相关指标的性能，而且母线环形结构不会对电气元件造成较大损害，所以环形结构在智能变电站继电保护系统中的融入，已经成为提高继电保护可靠性的基础。

结束语

总之，电能是民众日常生活、工作、学习必不可少的能源之一。因此，继电保护系统的稳定性成为民众关注的重点。智能变电站继电保护系统的稳定运行同智能电网的运行息息相关。故而，电力企业应不断提高继电保护系统的可靠性，进而保证智能电网的稳定运行。

参考文献：

[1]张延旭.智能变电站继电保护系统的信息流建模与可靠性提升策略[D].华南理工大学，2016.

[2]赵一园.基于GO法的智能变电站继电保护系统可靠性研究[D].华北电力大学（北京），2016.

[3]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，2016，01：107-108.

[4]高保泰.关于智能变电站继电保护系统可靠性的探讨[J].科技展望，2016，24：123.