智能变电站继电保护系统可靠性分析吴培涛

智能变电站继电保护系统可靠性分析吴培涛

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（1.华北电力大学电气与电子工程学院北京102206；2.国网宁夏电力公司检修公司宁夏银川750000；3.国网宁夏电力公司培训中心宁夏银川750000）

摘要：随着经济和科技的发展，我国的电网建设不断取得新成绩，智能化的电力设备被广泛应用在其中，提高了供电的可靠性。本文结合笔者多年来的工作经验，就智能变电站继电保护系统可靠性进行了简单的论述，希望能引起相关工作者的深思。

关键词：智能变电站继电保护可靠性

1智能变电站继电保护系统的组成

1.1交换机

作为通信网络的核心设备，交换机在数据传输时，为了使数据帧之间能够有效地交换，围绕交换机建立了一个强大的以太网络，这与传统的信息传输方式有所不同。以往的信息传输通道是保护系统围绕电缆接线建立的。可以说，智能变电站的工作效率也与交换机传输信息的能力有关。它能通过维护交换表和地址学习的构造过程使得局域网的信息能够有秩序的进行传递，提高了管理交换的效率。

1.2合并单元

作为间隔层功能下放到过程层的产物，合并单元在智能变电站保护系统中发挥着重要的作用，依附着电子式互感器产生。该合并单元互感器和保护装置之间的接线工作能得到简化，有效节约了人力、物力以及财力的成本投入，促进了二次设备之间数据共享功能的实现。当接收到电子式互感器传来的采样信息时，它能进行组合处理，给其规定一个统一的时间，它便能以特定的数据格式将采样信息传递至保护装置，进而通过程层采样值传输技术实现。

1.3电子式互感器

数字信号处理技术与光电子和数字信号处理技术的发展密切相关，在变电站的数据采集中表现出了突出的优势。电子式互感器与传统的互感器结构不同，它包括无源性和有源型两种，主要是根据是否需要向传感头提供电源来划分的。有源型重量轻、体积小，能够有效减少变电站的占地面积。非常规的互感器支持数字量输出，促进了整个变电站数字化、智能化的发展。此外，电子式互感器能够有效降低火灾、爆炸的危险，将隐患控制在可控范围内。

1.4同步时钟

在智能变电站中一般是通过网络通信的方式来传输信息，如果无法建立统一的时序和时钟基准，则无法保证传输效率，所以说同步时钟技术在智能变电站中扮演着重要的角色。在事件顺序记录、故障录波以及事后数据分析等环节中，变电站要想进行准确的操作判断，必须要为这些环节设定一个科学合理的时间基准。另外，同步始终能描述电网暂态过程的电流电压波形、保护装置动作、断路器变位等各种事件发生的时间序列，在电网运行或事故分析提供依据。

1.5智能终端

智能终端随着断路器的发展而产生，在传统的工作方式中，主要通过预防性试验、定期检查试验，来判断断路器的运行状态。但是得益于计算机的不断发展以及非常规互感器的出现，使得对断路器进行状态检修成为可能，主要是这些设备能够实现对断路器内部电、磁、机械、温度以及机构动作状态监测，对检测数据进行分析就能准确判断出断路器当前的运行状况，同时也能预测出未来的发展趋势。为了实现对断路器的智能化控制和实时的状态检修，产生了智能终端设备。智能终端作为一次设备侧的智能组件，主要功能是：一方面接收从保护装置传来的跳和阐命令，用以对断路器进行断控制；另一方面是将断路器的实时信息上传至测控装置或站控层，使得远方工程师站实时接收到断路器的运行状态。

2智能变电站继电保护的特点

2.1智能化的信息应用

在信息的应用方面，智能化的变电站中的继电保护装置表现出了突出的优势，一方面其工作方式更加智能化，能够根据实际情况采取各种应对措施，也使得变电站中的各项设备的功能更加全面；其次，它也优化了变电站中的二次回路的接线情况，保证其能够更加安全可靠的运行。实现对数据的全方位采集和应用，为日常的电力工作提供了便利。

2.2数字化的数据采集

电子互感器、光学互感器等设备能实现对电流和电压的采集，它的出现在保证变电站安全运行的同时，有效提高了其工作效率，是传统变电站所无法比拟的。当其完成数据采集工作后交由合并单元进行统一的处理。处理后的数据在传输时以网络背景为基础，最终实现一次系统和二次系统之间的电气隔离。这种方法在测量范围和测量精确度方面起到了良好的效果。同时，将网络技术和计算机技术应用在日常工作中，与传统的工作方式相比，优化了电力企业的各项工作，提高了信息采集和测量的效率。

3继电保护可靠性原理

通常将可靠度、可用性以及平均失效时间作为评定继电保护可靠性的三大指标。首先就可靠度来说，是指元件或者系统在规定时间或者条件下达到规定功率的概率；可用性，从本质上讲就是系统修复能力的强弱，当系统出现故障问题时，如果其能在最短时间内自动修复好故障，则说明该元件系统可靠性较高，反之亦然；最后，就是就平均失效时间来说，是指一个稳定的元件系统再次发生故障时所用的平均时间。在实际工作中，将这三个指标统一起来，能够更好的衡量继电保护的可靠性情况。

4智能变电站继电保护系统可靠性分析方法

信息流是智能变电站继电保护系统实现各个功能的有力载体，信息流必须借助回路进行传递，所以同步对时功能、SV报文以及GOOSE报文信息等通路的连接情况会直接影响其可靠性，因此必须要对各个回路进行科学合理的计算。在具体计算时，一般采用最小路集算运算，将各元件作为节点，传输介质作为线段展开计算。对于串联的全套保护系统，当其处于正常运行范围内时，采用R=R?R来计算可靠性；在保护单元冗余配置时，对处于并联关系的全套保护系统来说，需采用R=1-（1-R）进行计算，R表示第i套保护中系统可靠性。

5智能变电站继电保护系统可靠性分析

5.1数字化的应用

在变电站日常运行过程中，采用数字化特点，在互感器的传输性能和变电站的保护性能方面的效率显著增强，降低了互感器、接地以及二次回路断线等发生问题的概率，使得信息在传输时更加可靠和真实。

5.2线路保护装置

线路是控制电力系统中各级电压间隔的单元，为了减少线路运行中的故障，提高运行质量，必须要安装线路保护装置。具体采用哪种保护方法需要根据实际情况来决定，常见的有后背式和集中式等。在智能变电站中安装线路保护装置具有严格的要求，要能实现监视、测量以及通信等功能，这不仅使得发电厂、变电厂的稳定运行成为可能，最重要的是有效保障了电力企业和线路运行的质量，为人们提供了更加方便快捷的用电方式。

5.3变压器保护配置

对电力系统来说，其在日常的运行过程中，配电的效率与电压的高低密不可分，只有合理设置电压参数，才能促进变电站的正常运行。要想实现对电压的调节和控制，就必须借助于变压器装置，智能变电站也是如此，必须将该装置的建设放在突出位置。相关电力人员采用分布式的配置方法来对变压器的继电保护进行设置。同时更加重视对变压器的后备保护，将电缆与断路器连接，实现对非电量的继电保护，使智能变电站的继电保护系统更加安全可靠，减少变电站运行过程中的故障。

5.4电压限定延时的过电流保护

即使智能变电站处于正常的运行状态，但是一但遭遇电压、电流等外部因素的冲击，就会使得继电保护系统出现电流超负荷或者外部断路情况。一般情况下，在发生电流超负荷时，线路的运行不会受到影响，但是如果变电站发生故障就会引发一系列问题，阻碍了智能变电站继电保护装置的工作效率。相关电力人员可以采用电压限定延时措施，对人们的日常用电进行控制，当各线路的电流量超过相应标准，就会对系统进行保护和提醒。

参考文献：

[1]李宝伟,倪传坤,李宝潭,文明浩,王莉,黄继东.新一代智能变电站继电保护故障可视化分析方案[J].电力系统自动化,2014,05:73-77.

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[3]王超.数字化变电站继电保护系统可靠性研究[D].浙江大学,2013.

[4]丁修玲.基于信息流的智能变电站继电保护可靠性分析模型与评估研究[D].华南理工大学,2014.

[5]莫峻.基于智能过程总线技术的继电保护系统可靠性研究[D].广西大学,2014.

作者简介：

吴培涛（1985-），男，高级技师，工程师，从事电力系统自动化和继电保护技术工作。