智能变电站继电保护系统可靠性分析

季桉 姚一凡

泰兴市供电公司 江苏 泰兴 225400

引言

信息化也是时代发展的一种体现，信息时代，变电站的智能化首先要受到重视，它是变电所随时代变化的具体表现，在信息化时代，变电站的具体情况下，电力系统工作者首先要关注的是变电站的智能化问题。并通过智能化管理，及时发现问题并优化处理，避免不必要的麻烦，从整体上提高变电站工作效率，更好地服务于社会。

1 智能变电站

智能型变电所继电保护系统中，是通过对原变电所基础设备进行智能化改造，实现变电所对变电所进行科学、智能化管理。基于现有智能化变电站的设计基础，是将变电站技术与网络通信技术相结合，通过发挥计算机网络传输技术的优点，完成对智能变电站线路的相关数据的应用与测量工作，从而实现对变电站系统 的运行控制。按照智能变电站的运行特点，其涵盖了数字化集成设计、模块化处理技术等在内的多种技术方法。比如，数字化集成设计是通过对变电站工作内容的分解，来转化为相应的处理模块；此后利用模块化处理技术保障对整个技术系统的有效控制，从而完成相应的变电操作、信息监督，做好电力运行保障。

2 智能变电站继电保护系统[1]

根据实用功能，可将智能变电站划分为三个层次，分别为：间隔层、过程层和站控层。进程层实际上是数字接口，它只对一次设备进行对接，其中包括许多设备，如智能终端、合并单元等；站控层的主要功能是与远端控制中心建立联系，控制整个站点的二、三次设备。进程层实际上是数字接口，它只对一次设备进行对接，其中包括许多设备，例如智能终端、合并单元等，站控层的主要功能是与远端控制中心建立联系，控制整站二、三次设备。站控层的主要功能是建立远端控制中心，控制整站二、三次设备。控制全站一二次设备。在我国的智能变电站中，“直采直跳”是一种应用较为广泛的继电保护方式。一般可分为三种继电保护方式，即直跳变压器、母线、线路。在这些数据传输中，采集信号所用的都是光缆，只有智能终端和断路器之间不用，它采用了控制电缆。

3 继电保护系统可靠性的意义

继电保护系统可靠性是指在复杂多变的环境下，以及一定时间内，有效地完成既定任务。智能化变电站不仅是 国家电力建设系统改革和优化的主要体现，也是实现有关目标要求的强有力保证，包括在电力输送过程中，减少资 源浪费，提高整体运行稳定性。但智能变电站的可靠运行同样需要其他设备系统的辅助配置，如继电保护系统。智能化变电站主要是利用网络信息技术实现所控电力系统的安全、稳定运行，智能电子设备在整个智能变电站系统中 经常存在。因此，智能变电站在实际运行中，无论是设备的运行环境，还是有关电力系统数据信息的非正常变化， 都会对变电站的电力系统的稳定运行产生不良影响。当继电保护系统因设备运行环境或数据信息发生变化而发生故 障时，可迅速分析判断出故障位置，并迅速切断故障线路，并启用备用线路，有效地保障整个电力系统的可靠运行。

4 智能变电站继电保护系统的组成

4.1 电子式互感器

电子式互感器是智能变电站继电保护系统的重要组成部分，传统的互感器一般采用电磁结构，难以适应数字化电力测量系统的发展。因此，利用电子式互感器，该种新型的电子互感器比传统互感器具有较好的故障检测准确度，从性能上可提高为保护装置的正确动作率，实现电网系统稳定运行。经经济性分析，电子互感器可以光缆代替电缆，使绝缘结构更为简单。从设备性能分析来看，电子式互感器能提供数字量输出，实现二次设备系统集成，促进变电站智能化。

4.2 合并单元

智能化变电站采用合并单元对远端模块传送的三相电力量进行合并与同步处理，并以特定格式将处理后的数字信号提供给间隔层设备。线路纵差保护两端数据采样在实际运行中存在着从多个间隔取数据的同步问题，其中变压器差动保护从多个间隔采集数据存在同步问题；而变压器差动保护从不同电压等级获得多个间隔数据也存在同步问题。①全站采用统一的GPS秒脉冲信号，基于脉冲同步同步采样，但存在秒脉冲丢失的隐患。②二次型采用内插算法再采样来实现同步，该方案不依赖GPS、秒脉冲传输系统，对硬件、软件要求高，实现难度大，但稳定性好。

4.3 交换机

开关柜是智能变电站继电保护系统的核心部分，在保护系统中，以交换机为核心的以太网，可以取代传统保护系统中变电所的大脑、交换机为核心的传输信号。

在数据传输环节中，交换机的作用主要是建立在通信信道上，实现数据帧的交换。

电网故障经常发生，为了对电网进行故障检修，需要引入智能终端来实现故障检修。需要使用智能终端。智能终端的出现，可以检测断路器内部的电、磁、温度、机械状态。它以智能终端为基础进行检测，具有良好的抗故障性能，并能对实时系统进行智能控制。一般情况下，智能终端一方面可以接收保护设备发出的跳合闸指令，另一方面可以将实时信息传递给站控制层。

5 智能电站继电保护系统可靠性计算

建立了变电站智能继电保护系统可靠性分析模型，并进行可靠性分析。建立模型的方法很多，蒙特卡罗模拟比较普遍，主要是利用计算机实现控制元件的随机选择，对继电保护系统进行采样检测，从而统计分析故障概率，再通过该系统实现可靠性计算。这一建模方法不适用于各种智能变电站，特别是电力元件复杂的电站系统。对于复杂的电站系统，马尔柯夫模型的复杂性使模型变得更复杂，难以求解。可靠度图框法可实现复杂电站系统的数学模型，模型结构虽然简单，但可实现对变电站系统中各元件之间逻辑关系的划分，计算简单，结合智能电站的过程层和GOOSE报文结构，构建继电保护模型。该智能变电所采用了两个独立、无关联的双重保护系统，其配置了双网并行冗余通信协议，从而保证了SV采样数据信息和GOOSE保护跳合闸保护信号在电站过程层的无损传输。两套配置方式使继电保护装置可以满足冗余设计要求，从而更好地保护继电系统的可靠性。主变智能保护终端、合并单元采用组网的方式实现接线，从而使GOOSE双网保护更好。通过IEC标准通信协议，实现了变电站系统开关量的采集和发送跳闸保护指令，并利用IEC标准通信协议实现SV网络对采集数据信息的传输。为了使智能变电站能够在应用层面上实现智能化，主变压器继电器采用CPU控制器来实现相关的控制功能，测量和取样可以作为继电保护起动和识别的依据，更好地提高继电保护系统的可靠性。将各类电气元件的失效率引入，取值为50年，从而得出主变保护可靠度09.99999911。在220kV供电线路中，需要使用多种继电保护单元，其结构形式较为复杂，部分线路SV网采用冗余结构，需要应用4台SV数据交换机，但110kV供电线路只采用2台SV数据交换机，可以看出前者具有更好的可靠性。

6 智能变电站继电保护系统可靠性概述

6.1 继电工程及其现场保护的应用实践

新型智能变电站继电保护现场工作流程，对未来社会发展具有十分重要的意义。它既能满足人们日常生产和生活的需要，又能改善现有技术应用。本文的具体意义如下。给大众生活带来更多方便。对公众生活的影响日益扩大的继电工程及其现场保护技术的整体应用范围日益扩大，对市民生活的影响逐渐增大，这一技术在轻轨和地铁建设中的应用，无疑为市民的交通带来极大的方便，同时，报警、刷卡、银行等生活设施中的继电保护及现场保护等技术的应用，无疑为市民的交通带来极大的方便。因而随着继电工程和现场保护技术的发展，以及其技术应用水平的提高，它将给公众的日常生活带来更多的方便，推动人类社会整体发展更加走向智能化、实地化和科学化。达到进一步提高技术应用水平。随着继电工程及其现场保护技术的发展，它迅速获得了广泛的市场需求，各行各业在各行业对继电工程及其现场保护技术应用需求的提升，对技术的应用水平也提出了更高的要求，对技术的应用和现场保护技术的全面扩展，使其得到快速广泛的市场需求。

6.2 变压器配置的保护

继电保护系统中的变压器，主要功能有以下两个方面[2]：一是调节电压，二是调节电流。变电所在进行日常配电时，要确保电压范围适当，才能保证电力系统稳定、安全、正常运行。因此从这个角度来看，电压的限额需要根据实际情况进行相应的限定。电网在日常运行过程中，如果电压承载量超过预定标准或电压直接不足，则直接影响整个变电站的稳定、安全运行。因此，对变压器系统的保护，对于变电站来说，是至关重要的。智能型变电所在继电保护系统运行过程中对变压器配置的保护问题，一般要求采用分布式配置方式，这样既能使变电所在电力运行过程中分散系统压力，又能充分避免变压器电压不足的场所[3]。后端设备的保护配置需要采用集中式的配置方式，这样就可以根据实际情况选择不同的配置方式，这也是增强继电保护系统可靠性的重要途径，而且在一定程度上降低客观环境对电力运行造成的诸多负面影响。

6.3 线路的保护

分析保护线路系统的目的是尽可能地满足继电保护系统设计的各项要求。数字化电网的组成形式，主要是通过以太网，分析数据信息，领用SV、GOOSE等接口结合，实现相关电力信息系数据的输入、输出，从而使整个变电站更加数字化，运行过程更加高效化。

6.4 引进防误操作技术

高级防误操作技术可显著提高继电保护的稳定性，常用的防误操作技术有两种：一是就地防误操作技术，当电力系统出现突发性故障时，可在一段时间内对其采取止损措施，从而提高系统的可靠性，工作人员在引进该技术时可结合智能变电站的实际需要，合理设置暂停睡眠、设施解锁等功能，同时还应对正在操作的设备进行常亮处理，从而提高系统的可靠性二是主动防误操作技术，该技术一般是针对继电保护中的母线，工作人员可先利用此项技术优化系统内部的SV接收板，并结合继电保护系统的电压接收情况进行适当调整，以提高继电保护系统的应用效果。

6.5 提升管理的可靠性

采用继电保护系统，提高系统保护功能，实现变电站的数字化建设。在变电运行中合理设置继电保护装置，确保系统结构稳定，提高变电运行管理的可靠性。智能化变电站为社会工业生产、人民生活等领域提供电力。智能型变电所的日常工作易受外部因素的影响，因此，在进行运维管理时，要充分考虑电磁兼容问题，发挥继电保护系统的整体效果，削减不良因素，建立预警机制，及时对智能变电站的运维异常做出反应。

7 结束语

总之，可靠的电力供应是社会发展的基础，在我国的经济建设中起着举足轻重的作用，目前智能电网的发展速度很快，智能变电站的建设成为主流，智能变电站带来了技术的变革，对继电保护提出了更高的要求，在电力系统安全可靠性方面发挥着重要作用。