【摘 要】本文在分析了數(shù)字化變電站的相關(guān)背景的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字化變電站二次保護(hù)系統(tǒng)可靠性的特征展開了針對(duì)性分析和深入研究。并運(yùn)用傳統(tǒng)的可靠性分析理論對(duì)其進(jìn)行了建模和分析，從提升硬件系統(tǒng)和二次回路、軟件系統(tǒng)和人機(jī)交互操作三個(gè)方面制定出了具體的措施，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；二次保護(hù)；可靠性

一、引 言

隨著我國(guó)在智能化變電站系統(tǒng)方面的迅速發(fā)展，對(duì)數(shù)字化集成的要求越來(lái)越高，適用的范圍也更加廣闊，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的逐步優(yōu)化的都是為了滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行正?；囊?。因此，只有找出影響二次保護(hù)系統(tǒng)可靠性的重點(diǎn)制約指標(biāo)和規(guī)劃中的薄弱環(huán)節(jié)，并且及時(shí)進(jìn)行反饋和評(píng)價(jià)，盡最大可能避免保護(hù)插件拒動(dòng)或誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高電力運(yùn)行的可靠性水平。

所謂電力系統(tǒng)，就是由復(fù)雜的電氣電路和各類設(shè)備端口對(duì)接而成，在運(yùn)行過(guò)程中，其可靠性受到自然及人為因素的影響，就會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)失穩(wěn)或過(guò)負(fù)荷等故障。而二次保護(hù)系統(tǒng)就是保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠的第一道防線，直接影響著電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。正因?yàn)槿绱?，?duì)數(shù)字化變電站的二次保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行高效的可靠性分析是十分必要的。變壓器、母線、控制屏系統(tǒng)等必須處在二次保護(hù)狀態(tài)下，通過(guò)數(shù)字化的控制設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)化的分系統(tǒng)信息交換性能，調(diào)整元件構(gòu)成和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

二、數(shù)字化變電站二次保護(hù)系統(tǒng)可靠性的特征分析

（一）數(shù)字化變電站的主要特征分析

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、隔離開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過(guò)程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，基于IEC61850通信規(guī)范以實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信?；谧詣?dòng)化、通信網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的數(shù)字化變電站主要特征如下：

1、數(shù)據(jù)集成過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化功能

數(shù)字化變電站的最顯著特征是通過(guò)數(shù)字化電氣測(cè)量系統(tǒng)采集電壓V、電流I等電氣量指標(biāo)，達(dá)到隔離一、二次系統(tǒng)的作用，從而為實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變以及信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。與此同時(shí)，電氣量的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍擴(kuò)大也提高了測(cè)量的精度。A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等作為一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化的組成要件，促使了二次保護(hù)系統(tǒng)的進(jìn)一步數(shù)字化集成。

2、保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能區(qū)集成分布

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)從功能集中式向分布集成式的優(yōu)化，分布集成式的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)能夠快速提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，并且通過(guò)設(shè)備信息的全面梳理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的優(yōu)化。同時(shí)，在±330kV及以上電壓等級(jí)的變電站中，各類保護(hù)裝置、匯控裝置、故障錄波及其它自動(dòng)裝置的智能IO及合并單元通過(guò)各類控制屏、PK屏實(shí)現(xiàn)了緊湊集成與系統(tǒng)中。功能區(qū)集成分布限制了數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)的體積與重量，為了能夠在智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中進(jìn)行集成，必須遵照機(jī)電一體化的思路原裝實(shí)施功能優(yōu)化組合和分區(qū)。

3、系統(tǒng)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建

變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850制定了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的模塊構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，使得變電站自動(dòng)化系統(tǒng)建立了能夠統(tǒng)一識(shí)別的信息模塊和信息交換模型。一是增強(qiáng)了智能設(shè)備的兼容操作性。各類接口（包括對(duì)象模塊、抽象通信服務(wù)）的規(guī)范化識(shí)別，使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在功能上和傳輸上都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，完全獨(dú)立的通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用語(yǔ)實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)備的互操作性。

4、以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息指令的網(wǎng)絡(luò)化傳輸

數(shù)字化變電站通常采用數(shù)字化、低功率的互感器系統(tǒng)，將電壓和電流輸出功率轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。各設(shè)備之間形成的控纜系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，不再出現(xiàn)冗余的I/O數(shù)據(jù)對(duì)接情況，常規(guī)的功能裝置轉(zhuǎn)變成了邏輯的功能模塊，從而真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)及資源的共享。首先是間隔層與過(guò)程層之間的信息交換，即在局部范圍內(nèi)過(guò)程層中的智能傳感系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)與間隔層的裝置展開高效的信息交換；其次，某一間隔層內(nèi)部、各個(gè)間隔層之間、其與變電站整套啟動(dòng)的通信也能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信息交換。

（二）二次保護(hù)系統(tǒng)的特征分析

數(shù)字化和智能化要求使得變電站二次保護(hù)系統(tǒng)區(qū)別于其傳統(tǒng)意義——即在結(jié)構(gòu)的組成和信息通信方式上賦予新的功能，以適用更加復(fù)雜的背景條件。主要特征包括以下幾個(gè)方面：

1、集控原件多樣化

目前，諸如智能終端、合并單元和交換機(jī)等普通變電站中不包括的元件用到了智能化變電站的二次保護(hù)系統(tǒng)中，一方面使得操作更加的方便快捷，另一方面對(duì)繼電保護(hù)的可靠性功能產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。比如電子式互感器，其傳輸原理和功能結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的互感器形式。元件種類多種多樣，各類光學(xué)部件也較為繁雜，這些信息子件的狀態(tài)難于掌控，這些都為模塊的建立帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。

2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。

以太網(wǎng)傳輸模式的出現(xiàn)取代了以往的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，由交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)改變了以往單一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使之變得更加復(fù)雜，因而交換機(jī)的接線方式在很大程度上決定了整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)信息通路的可靠性。

3、信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸

網(wǎng)絡(luò)報(bào)文系統(tǒng)的傳統(tǒng)通信方式難免會(huì)出現(xiàn)不可靠的情況，不可避免的出現(xiàn)丟包或是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等問(wèn)題，這對(duì)二次保護(hù)系統(tǒng)的可靠性構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此，數(shù)字化變電站更多的應(yīng)用了諸如VLAN分區(qū)隔離技術(shù)、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列技術(shù)、快速生成樹協(xié)議、IGMPS過(guò)濾技術(shù)等，從而保證信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

三、提高數(shù)字化變電站繼電保護(hù)可靠性的主要措施

（一）提高硬件系統(tǒng)和二次回路可靠性措施

數(shù)字化變電站二次保護(hù)中電子式互感器、交換機(jī)等新硬件設(shè)備的普及，對(duì)系統(tǒng)可靠性提出了新要求，需要逐步提高硬件系統(tǒng)及其配套二次回路的可靠性。

提高斷路器的運(yùn)行可靠性。斷路器拒動(dòng)是造成二次保護(hù)功能失效的主要原因，如果斷路器時(shí)而出現(xiàn)故障，不但會(huì)使得電路供電失衡，也會(huì)威脅到電路及系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，斷路器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的故障分布概率為：機(jī)械故障占71%，輔助電路和控制電路故障占18%，，絕緣回路故障占11%。由此可見(jiàn)，通過(guò)ABC評(píng)價(jià)方法，重點(diǎn)需要控制斷路器的機(jī)械可靠性。具體操作包括對(duì)斷路器跳、合閘線圈的出口觸點(diǎn)控制回路，為保證斷路器可靠跳、合閘，必須設(shè)有串聯(lián)自保持的繼電器回路，并保證跳、合閘出口繼電器觸點(diǎn)不斷弧及可靠跳、合閘。

（二）提高軟件系統(tǒng)可靠性措施

數(shù)字化變電站二次保護(hù)系統(tǒng)的光纖通信與系統(tǒng)通信，更多的依賴于以太網(wǎng)技術(shù)，這對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的軟件及控制方法提出了更高的要求，必須通過(guò)具有針對(duì)性的措施來(lái)加強(qiáng)軟件系統(tǒng)的可靠性。

一方面，GOOSE程序的判斷模塊優(yōu)化師提高二次保護(hù)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。GOOSE是主要用于傳輸保護(hù)裝置的跳閘信息、裝置之間的聯(lián)動(dòng)閉鎖信息和各種I/O的位置信息。GOOSE插件在接收網(wǎng)絡(luò)報(bào)文時(shí)，正確識(shí)別報(bào)播地址以及AppID的匹配、控制塊索引和數(shù)據(jù)集名稱等參數(shù)間的匹配，從而確保系統(tǒng)的可靠性。若監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到相應(yīng)的GOOSE數(shù)據(jù)，傳輸保護(hù)裝置就能發(fā)出GOOSE斷鏈的提示信息，便于操作人員檢查鏈路。另一方面，通過(guò)軟件對(duì)運(yùn)算結(jié)果的反復(fù)校核提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。各種干擾有可能造成運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，這就需要存在反復(fù)校核的機(jī)制。在首次運(yùn)算完成時(shí)，中央處理器基于一次數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核性驗(yàn)算，并與首次的結(jié)果進(jìn)行校對(duì)，若驗(yàn)算結(jié)果一致，判斷為結(jié)果可信；若驗(yàn)算結(jié)果不一致，則要求重復(fù)進(jìn)行驗(yàn)算，三次的計(jì)算結(jié)果中選用二次相同者作為正確值。

（三）提升人機(jī)交互操作可靠性措施

在控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)行，理解和執(zhí)行設(shè)備指令是必然存在人機(jī)交互使用，這一過(guò)程的可靠性會(huì)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生重要的影響。為了保障繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要有效提升人機(jī)交互的可靠性：一是人機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮人的生理、心理和人機(jī)協(xié)調(diào)性，合理配置人機(jī)交互設(shè)備可能出現(xiàn)操作失誤情況；二是人機(jī)交互設(shè)備零件的各個(gè)參數(shù)要實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，包括溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)、荷載等；三是人機(jī)交互元件必須備品備件，當(dāng)人機(jī)交互設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，便能夠迅速作出更換，從而快速保證二次保護(hù)系統(tǒng)工作的有效運(yùn)行；四是定期檢測(cè)繼電保護(hù)裝置的耐久性能、壽命周期以及環(huán)境適應(yīng)的程度，確保安裝在電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置有良好的性能。

四、總 結(jié)

數(shù)字化變電站系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了各種電氣設(shè)備的信息共享，但也使得系統(tǒng)內(nèi)各類系統(tǒng)復(fù)雜繁瑣，一旦出現(xiàn)某個(gè)元件發(fā)生故障，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重后果。作為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障，二次保護(hù)具有極為重要的作用，有效得保證了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，在一定程度上也降低了保護(hù)裝置隱藏故障的概率。。因此，有必要仔細(xì)分析二次保護(hù)，增強(qiáng)其操作可靠性，加強(qiáng)保護(hù)裝置和二次回路的巡檢，提升人機(jī)交互可靠性，總結(jié)分析繼電保護(hù)動(dòng)作，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效方法處理故障，確保電力系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行。

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