智能变电站继电保护系统可靠性探究

摘要：电力系统是我国的支柱产业之一，随着电力技术的不断发展，电力系统得到了长足的发展，我国的电力系统努力建设智能化的电网系统，电网系统的发展离不开智能化的电力设备。智能电力工程基于传统变电站的继电保护装置，并在此基础上采用自动化信息技术，其结果是变电站实现了智能化的继电保护，这便是继电保护工作在智能变电站建设中的意义所在。

关键词：智能变电站;继电保护;系统分析

1智能变电站的概念和特点

1.1智能变电站的概念

在智能变电站的建设过程中，现在采用的都是数字化处理，如信息的采集、处理、输出等，数字化处理可以实现通信的网络化，同时也可以使电力设备具有智能化性能，可以实现自动化的运行，具有统一的通信模型。智能变电站与传统意义上的变电站是有本质区别的，智能变电站的主要特点是智能化和网络化，由于自动化程度高，所以降低了建设成本。智能变电站改善了变电站的互感器饱和，同时也改善了传统变电站交直流串扰和电磁兼容问题，因为在智能变电站中引用了智能断路器、光电互感器和光缆。

1.2智能变电站继电保护特点

建设智能电网，智能变电站的出现具有决定性的意义，引入智能变电站可以减少电力系统的运行成本。做为智能变电站中的关键环节，继电保护非常重要，传统的继电保护模式无法满足智能变电站的运行要求，必须要引入新的技术和工艺才能满足智能变电站的需求。智能变电站需要特殊的继电保护装置，改进的继电保护装置拓展了数据的提供途径，随之的设备安装和维护技术也有了一定的改进，操作继电保护装置的工程技术人员也要不断提高相关的专业知识。智能变电站的继电保护装置具有更强的灵活性，要调试非常多的线路和设备，要掌握主要的调试操作要点，工程技术人员必须要熟练掌握继电保护装置的特点，要对其内部结构和原理进行了解，出现的状况也要采用正确的调试方式，只有这样才能保证继电保护装置的正常运行，继电保护装置运行正常了，智能变电站才能正常运行。

2系统的可靠性分析

2.1分析方法

信息流能够使智能变电站继电保护系统的功能得以实现，在信息流通路顺畅时就能够将信息从始端发往终端，继电器的保护功能才能够实现，其中会影响继电保护系统可靠性的因素包含同步对时功能、SV报文和GOOSE报文信息回路的连通效果。

2.1.1参数的选择。电网的一二次设备均在固定的时间进行检查，在维护过程中，系统的可靠性评估来源于元件故障信息的准确性，可修复的元件在检修维护的过程中将故障率和修复率视为常数即可。例如合并单元的故障率就为0.0067，交换机故障率为0.02。利用马尔科夫链模式进行分析，由于元件所处的环节不同，因此其故障的状态也是有所不同的，例如合并元件和交换机元件在信息传输过程中出现丢失现象就会使保护系统产生拒动。分析时应该将元件的失效状态进行细分，大致可以分为两种，分别是误动和拒动，之后根据二者的概率进行计算即可。

2.1.2框图法。在智能变电站继电保护系统的分析过程中，框图法较为直观清晰，这种方法对于元件比较少的系统用较为合适，可以根据系统的结构进行框图的绘制，通过框图及元件的状态和系统的状态进行描述，框图可以计算出系统中不同元件的不同状态的概率。对于含有多个独立分散的原件的保护系统，其中元件之间的维修状态也是具有独立性的，例如，可以将元件1的正确动作的概率记为P1，将元件2的正确动作的概率记为P2，根据改路的运算规则进行运算即可。

2.2分析应用

2.2.1主变保护的可靠性分析。在主变保护的组网方案之中，主变保护和智能终端的合并单元就是依靠组网的方式进行连接，通过保护GOOSE的网络信息采集对传输跳闸发出指令，通过采用SV网络传输的采值样信息对变电站的主变压器进行保护。通过采用保护控测一体装置可以充分发挥智能变电站的智能化系统，保护装置一般包含保护CPU和测控CPU两种，保护启动判断的辅助依据就是测控采样，还可以从整体上保护可靠性。

通过最小路集法可以得出主电保护的不可用度为1-A=8.8812×10-9。

2.2.2线路保护的可靠性分析。数字化线路的保护装置的开关量和模拟量是以光纤通过太网获取的，采样值的光纤接口和开关输入量的光纤接口是独立的设置，跳闸输出和开关量的接口通常是一个，数字化线路的保护可以通过线路两端和传统的线路保护进行配合，完成纵差保护。

通过最小路集法和不交化算法可以得出线路保护的不可用度为1-A=4.9492×10-9。

3提升可靠性的措施

3.1太网冗余法

3.1.1太网的控制要求。在IEEE802.3x全双工模式下，通过交换机发出指令使数据源暂停发送，再利用控制数据的输入端和輸出端进行数据流量的传递可以避免数据丢失。IEEE802.1p优先排队技术可以使网络在拥堵的情况下，数据进行优先传输。IEEE802.1Q虚拟局域网技术，可以将IED划分到虚拟局域网之中。IEEE802.1w快速生成树协议不像从前的IEEE802.1D生成树协议需要大约一分钟的时间才能重新将发生故障的网络构架定义，这种快速生成树协议可以将时间大大缩减。最后的要求是诊听过滤技术，它允许对GOOSE信息帧进行过滤，然后将信息传递给IED。

3.1.2网络的构架。（1）总线结构。总线结构中的交换机通过端口与其它的交换机相连，上端口的速度一般比IED端口的速度快，系统的最大延时决定了交换机的最大数量，这种结构的接线较少但是冗余度差。（2）环形结构。环形结构的交换机可以形成闭环，对于连接点的故障可以提供足够的冗余度，信息在传递过程中会消耗宽代，应用的内部具有管理交换机，生成树可以发出指令，交换机便检测环路，信息在环路中就不会流动。（3）星型结构。星型结构具有等待的时长较短的特点，主交换机在连接其他交换机的时候系统的等待时间会减少，但是星型结构没有冗余度，在发生故障时就会产生遗失所有的IED信息，从而降低可靠性。

3.2环形网络结构法

在环形网络结构法之中，刀闹位置信信息经由各间隔智能终端提供，然后通过网络将信息传递到母差保护装置。根据采样值组网方式，各间隔合并单元的数据同样传输到母差保护的装置上。母差保护动作的出口信息，发送给各间隔智能终端之后，母差保护装置的容量会受到限制，主要原因是网络报文流量的大小不定。有的时候，过程层的交换机会承担较大量的报文，单台的交换机接入的单元信息数量严重超出就会导致其可靠性较低。为了解决这个问题，可以将装置或者交换机的光纤口进行设置。

4结束语

通过研究可以发现，与常规站的继电保护系统有所不同的是，智能变电站的继电保护系统的可靠性有下降趋势，智能变电站的线路保护和主变保护问题，可以采用直采直跳的模式，在采用对时源时，不可采用外部对时源，通过详细的分析得出智能变电站继电保护系统的可靠性极其重要。

参考文献

[1]智能变电站继电保护系统及可靠性研究[J].何晔，何瑾.数字通信世界.2018（06）.

[2]智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].杨晓昕.科技创新与应用.2021（11）.

[3]智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].齐颖，刘野，王鑫.科技風.2018（04）.

[4]关于智能变电站继电保护系统的可靠性分析[J].郑鸿宇.南方农机.2018（09）.

作者简介;刘伟（1989.09），性别：男;籍贯：天津宁河;民族：汉;学历：研究生、硕士;职称：中级工程师;研究方向：变电站继电保护。