智能变电站继电保护系统可靠性问题分析

许继电气股份有限公司 隋 龙 李付涛 郑 昊

随着信息时代的到来，信息技术与智能技术逐渐成为电力行业新的驱动力，带动了电力行业的现代化发展。目前，随着智能变电站的发展，对其安全性和可靠性要求也日益提高，为确保变电站安全稳定运行，必须对变电站继电保护做进一步的研究，并制定出一套较为合理的操作计划。

1 智能变电站概述

1.1 智能变电站概念

智能化变电站是一种基于电子通讯技术的新型变电站。其核心是对电力二次系统的高效利用，进而完成对电力数据信息的测量、采集、控制等功能的整合。采用智能化变电站，极大地缓解了目前电力系统中存在的信息“孤岛”问题。

智能化变电站与常规变电站有较大不同。其可以实现智能操作，对电力运行过程中生成的各种电能信息进行实时、科学地采集和分析。与此同时，还可实现光纤电缆的使用模式的转变，成功地避免了困扰常规变电站的电磁干扰问题。也可通过对以太网的使用，实现对电流、电压等模拟化的数字信号的高速采集和传输，然后通过对自动开关等工艺装置的智能启动，实现整个变电站电网的自动控制，确保其高效运行[1]。

1.2 智能变电站的运行特点

以通讯网络为基础、以整合资料采集方式、以网络技术为架构，实现对电网的数字化管理。在构建智能变电站时，为了实现快速高效的信息传递和共享，离不开数据支撑。在装备管理上，采用一体化的信息技术，实现对设备的精确检测与维护，使智能技术在维护工作中的优势得以体现。本文介绍了一种具有仿真数据采集与传送功能的智能变电站设备，运用智能开关装置，可以提高变电所的自动化水平[2]。

1.3 智能变电站继电保护系统的结构

在智能化变电站中引入继电保护可以有效提升其安全性和可靠性。相对于常规的安全手段，智能化变电站的继电保护具有诸多优势，不仅能够扩大信息采集的途径，还能够在设备的施工、维护等方面发挥较大优势，同时对操作者的熟练程度也提出了更高的要求。在实践中，继电保护是一种灵活的设备，其要求操作人员按照它的结构、原理和功能来确保其安全可靠地运行。

在智能化变电站中，传输媒质和变压器是不可或缺的组成部分。该系统能将整站运行状况及时传送至监测终端，并将相关状况传送至监测终端，完成切换操作。本文介绍了一种基于数字信号处理技术的新型智能变电站的设计方法。在采集与传输方面，可以使用并联设备，通过变压器将采集到的具体信息通过变压器传输给继电保护装置，从而完全解决了继电装置间的布线问题，节约成本，还能实现数据的交流；用于电子互感器，具有尺寸小、质量轻、价格低廉、计量准确等特点；电力供应的形式较多，按电源供应可以分成有源和被动两类；智能终端是断路器的重要组成部分，其能够实时有效地监测断路器的运行状态，并根据其收集的一些设备参数来判断断路器的运行状态。该系统在运行时，既可以对断路器断开情况进行积极的检测，又可以对其进行还原，从而避免或消除故障。在智能化电力系统中，如何实现对其的精确、可靠的控制，是实现其稳定运行的关键。

2 继电保护系统可靠性的重要意义

由于受外部因素的干扰，电力系统的工作状况时常发生变化，对电网的安全稳定性造成了冲击。在智能化变电站中，继电保护是用于对全系统的运行进行保护的，越是完备、越是稳固，那么整个电网的工作状况越好。要确保电网安全、稳定运行，就有必要对继电保护进行研究。设备在工作状态出现变化时，可对相关的故障做出快速、准确地判断和及时处理。一旦出现故障，则自动将其排除在外，采用后备线保护，使得电力系统也可以恢复到原来的工作状况。在智能化变电所中，继电保护系统安全运行是一个关键环节。首先保证变电站运行的安全性和可靠性，提高了变电站的运行效能，从而为解决人们的用电问题作出了应有的努力。另外，由于当变电站发生故障时，其运行费用也将大大降低，尤其是减少了变电站的维修费用。在保证系统可靠性的前提下，提高了系统的可靠性，为保证系统的正常工作提供了一种新的思路和方法[3]。

3 智能变电站继电保护系统存在的问题

3.1 计算数据有误

在智能化变电站中，继电保护是保证其安全可靠工作的前提。近年来，电力电子设备中的继电保护越来越完善，但其发展中还面临较多问题。继电保护中出现的问题，其突出的表现就是对参数的错误进行了分析，如果出现了错误，就会严重地影响到整个系统的正常运转，使其保护作用降低。其计算偏差既有调整偏差，也有人为偏差。整定工作较为关键，其是对某一具体的电网进行分析、计算和整定，从而决定了保护装置的定值、协调和使用方式。一旦出现故障，将使继电保护不能发挥其应有的作用。人为的计算意味着在运行过程中会产生一些错误，若不能获得完全正确的运行参数，将严重地降低继电保护的可靠性。

3.2 数据信息传输中的障碍

由于智能变电站的使用涉及了众多的智能设备，所以其所蕴含的数据量庞大。这就需要对系统中的数据，以及信息的处理进行更高的需求，以保证所需的数据以及传输率满足预先规定的规范。但是，在实际运行中，由于电力数据的传递，一些命令都不能有效地完成，例如，传输媒体出现故障或者光缆阻塞，都会严重影响到整个电网的正常运行，从而影响到整个智能变电站的正常运行。

3.3 电力设备可靠性差

智能变电站中的电力设备自身就存在一些问题，比如变压器漏油、断路器损坏等，这些都会对电力系统运行的可靠性和稳定性造成一定的影响。一般情况下，电力系统中的电气设备及线路都会因使用年限的增加而出现各种故障现象，并不能起到应有的作用。例如，在电力系统中，由于各种原因，造成线路的绝缘性地线短路，从而造成电力系统的停电。在电力设备运行中，由于其自身的缺陷、故障等原因，可能导致全网的电压出现波动，甚至出现短路现象。在电力系统中，各种机械和化学反应引起的电气事故最为普遍，对变电站继电保护系统的安全运行造成了较大的威胁[4]。

4 提升智能变电站继电保护系统可靠性的相关策略

变电站是电力系统中重要组成部分，其直接关系到电力系统的正常运行。因此，保证变电站的稳定、安全、可靠运行是十分必要的。这样可以提高继电保护系统的可靠性，提高继电保护的有效性，促进智能变电站的发展。另外，继电保护工作也面临诸多挑战，所以相关人员需要对智能变电站中的继电保护内容进行重视，不断地学习相关的知识，提升自己的专业技能，以便能够适应时间的变化，满足工作的需要。

4.1 提升智能变电站变压器的保护

在电力系统实际运行中，智能变电站中的变压器设备发挥关键作用，在电力系统中实现了变压流、变相位以及电气设备的绝缘。作为一种持续运转的静态装置，变压器具有相对平稳、不易发生事故等优点，但是由于其通常都是在室外，并且受到负载、短路等因素的作用，使得其在电力系统中难免会发生各种故障或异常现象，从而导致电力系统发生断路，乃至发生爆炸。所以，加强对智能变电站中变压器的保护，成为重要解决的问题。在智能变电站中，变压器保护的基本原则就是当故障发生时，能够对报警信号进行快速响应。在二次谐波制动理论中，由差动电流中的二次谐波成分确定其是否为残流或励磁开关电流。当为励磁切换电流时，进行闭锁差动保护。智能变电站变压器保护示意图如图1所示。

图1 智能变电站变压器保护示意图

4.2 改用双A/D 系统加入合并单元

合并单元是完成相关数据的收集工作，其使用状况对整体体系所产生的冲击要比其他元器件大得多。在相关的智能发展中，全部的数据采集只需要一台融合装置MU 和一台电子互感器就可以实现，而要提高这种设备的可信度，需要将每一台采集和合成的设备都添加到两套A/D 系统中，使得每一台设备都可以生成两个取样值，使得融合装置具有更加稳定和精确的取样值，避免了由于采集到的数据出现差错，从而避免了保护失效的问题，极大地提高了继保的可靠性。

4.3 提升间隔层继电保护

电力系统中存在间隔层继电保护，因此如何对其进行有效的改进，是当前电力系统中重要的一种方法。间隔层继电保护的内容包括端母线、备用设备以及线路控制开关等。然后，针对存在的各种问题进行了详细地剖析与应对，并提出了相关的对策。另外，在确保隔离层保护的可靠的情况下，电压的设置也会变得更为智能，可根据实际的电流系统需求来调整供电，这是最高效的电压分配方式。所以，提高绝缘层的可靠性对于提高继电保护设备的安全水平具有重要意义。

4.4 提高软件系统可靠性措施

4.4.1 使用插值算法代替时钟源

任何一种智能电子都要求对时进行同步，而对时数据的传递则通过一根光纤来实现，这意味着任何一种智能器件都要具备精确的计时数据才能工作。如果采用同样的时间间隔内插法进行抽样，那么计算的程序也按照固定的延时系统保护系统进行，采集数据的整个流程都是一致的，在一个时刻，通过这种方式使全部的电子式互感器在同一时刻进行取样，避免了因时间误差而引起的一系列问题，提高了继电器的安全性能。

4.4.2 采取软件积分增强SV 报文信息的可靠性

采用罗氏线圈（罗戈夫斯基线圈、Rogowski线圈）来实现对SV 的信息的获取，而对其进行的获取则要经历集成处理。其整体计算分为两部分：一是以组合元件为主的软件集成；二是通过电阻和运算放大器等硬件来完成。两者相比较，软件集成具有更高的准确性和更低的功耗，所以可通过软件集成的方式来改善SV 消息的可靠性，从而进一步提高继电保护的可靠性。

4.4.3 增加GOOSE 报文过程的功能机制

在智能终端和保护设备间的消息处理以GOOSE 报文信息为主，其中包含了通过网络媒体传送的一系列的数字信号，如闭锁信息、断路器跳闸信号、断路器状态及重合闸指令等，为了保证消息的可靠性，需要添加报文信息的插件来判定多播地址的正确性，以及GOOSE 消息中AppID 等发送的信息的正确性，从而保证断路器的正常工作。如果在一定的时间内，没有接收到GOOSE 消息，就会发出警报，让操作员知道消息的处理情况[5]。

综上所述，建设一套完善的现代化、信息化的电力网络工程系统，可以让电力系统的输送过程更加稳定、安全、高效地运行，同时也可以提升公司的服务质量和经济效益，其中电力系统的继电保护的可靠程度是其中最重要的一环，也是电力系统智能化的重要保证。在这种情况下，需要对电网中的各类信息进行实时监控和记载，如果出现了不正常的现象，要及时作出响应和应对措施，不断地完善继电保护，提升智能化变电站的可靠性。此外，广大电力工作者还需要不断地进行自身的实践，不断地对新的科技进行研究，对智能变电站的继电保护的可靠性进行创新和提高，促进我国智能变电站的可持续发展。