張秋麗（國網(wǎng)湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南　岳陽　414000）

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智能變電站可靠性分析

張秋麗（國網(wǎng)湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南岳陽414000）

本文深入分析了智能變電站的特點(diǎn)、可靠性模型以及繼電保護(hù)的可靠性分析。希望能夠?qū)ψx者提供一些借鑒和參考。

智能變電站；特點(diǎn)；可靠性；分析

1　前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對電力資源的需求量也在不斷增加。變電站是電力穩(wěn)定的重要設(shè)備，保證變電站的可靠性更是電力生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

2　智能變電站技術(shù)特點(diǎn)

2.1高度可靠性

高度可靠性是電網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用智能變電站技術(shù)的最基本要求。不僅要求變電站本身及其設(shè)備具有高度可靠性，還要求變電站具備自我診斷和治愈功能，并能夠提前防范設(shè)備故障，在故障發(fā)生時(shí)迅速做出反應(yīng)，有效減少故障造成的供電損失。

2.2強(qiáng)大的交互性

智能變電站技術(shù)要為智能電網(wǎng)提供準(zhǔn)確、可靠、完整、實(shí)時(shí)信息。為了滿足電網(wǎng)的控制和運(yùn)行需要，智能變電站要及時(shí)采集數(shù)據(jù)信息并實(shí)現(xiàn)全站共享，與電網(wǎng)的高級(jí)應(yīng)用程序互動(dòng)，為智能電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠經(jīng)濟(jì)提供基本保障。

2.3高度集成

智能變電站技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、電力電子技術(shù)和傳感測量技術(shù)等進(jìn)行高度融合，兼容虛擬電廠和微網(wǎng)技術(shù)，能夠簡化智能變電站的數(shù)據(jù)采集方式，形成統(tǒng)一的信息支持平臺(tái)。

2.4信息互動(dòng)化

順序控制：其主要功能是實(shí)現(xiàn)變電站的就地順序控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，主要包括實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備的“運(yùn)行、檢修、備用”狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、雙母線倒閘操作、變壓器各側(cè)跨電壓等級(jí)操作、開關(guān)柜運(yùn)行操作等。電壓無功自動(dòng)分析控制：結(jié)合應(yīng)用調(diào)度、集控主站系統(tǒng)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，把各類節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行處理，整合出VQC和AVC最優(yōu)方案，最后再把方案反饋下發(fā)至變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)命令。

3　站域保護(hù)系統(tǒng)可靠性模型

3.1站域保護(hù)子系統(tǒng)分類

由于站域保護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)不同組件構(gòu)成，為不失一般性且方便計(jì)算，在可靠性分析中，將保護(hù)系統(tǒng)分為采樣子系統(tǒng)、跳閘子系統(tǒng)、保護(hù)裝置子系統(tǒng)和對時(shí)子系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)。采樣子系統(tǒng)可靠性表示SV信息從合并單元（MU）經(jīng)SV通信網(wǎng)絡(luò)至保護(hù)裝置入口的可靠性；跳閘子系統(tǒng)可靠性表示保護(hù)信息從保護(hù)裝置出口經(jīng)GOOSE通信網(wǎng)絡(luò)至智能終端（ST）的可靠性；保護(hù)裝置子系統(tǒng)可靠性表示站域保護(hù)裝置本體的可靠性；對時(shí)子系統(tǒng)可靠性表示同步時(shí)鐘和對時(shí)鏈路的可靠性。鑒于對時(shí)子系統(tǒng)對站域保護(hù)的影響主要體現(xiàn)在采樣同步性方面，在實(shí)際可靠性分析中，可只考慮其對MU采樣同步的影響。

3.2站域保護(hù)系統(tǒng)整體可靠性模型

由于站域保護(hù)系統(tǒng)包含較多的二次組件和復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，本文將利用故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù)建立站域保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析模型。故障樹是一種圖示模型，利用各種邏輯門來反映系統(tǒng)與組件的因果關(guān)系，即從頂事件出發(fā)，通過中間事件到各有關(guān)的基本事件有機(jī)地連成一棵倒置的事件樹。根據(jù)事件樹，可進(jìn)一步建立整個(gè)系統(tǒng)的可靠性分析模型。

3.2.1采樣子系統(tǒng)和跳閘子系統(tǒng)

采樣子系統(tǒng)失效和跳閘子系統(tǒng)失效均將導(dǎo)致站域保護(hù)系統(tǒng)失效。保護(hù)的失效包括誤動(dòng)失效和拒動(dòng)失效2類特性，因此采樣子系統(tǒng)和跳閘子系統(tǒng)的可靠性分析也需分別考慮誤動(dòng)可靠性和拒動(dòng)可靠性。站域保護(hù)可獲取全站各間隔電氣量信息，因此具有一定的信息冗余度，通過合理的設(shè)計(jì)有助于改善在某間隔信息缺失或錯(cuò)誤情況下的繼電保護(hù)性能，這也是站域保護(hù)相較于傳統(tǒng)保護(hù)的一大優(yōu)點(diǎn)，在這方面已開展了相關(guān)的研究工作。例如，當(dāng)一組電壓互感器（TV）斷線或SV失效，可由另一組TV的SV代替，無需閉鎖保護(hù)；在變電站正常運(yùn)行條件下某間隔的電流互感器（TA）采樣信息發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可以結(jié)合其他線路的TA采樣信息，通過基爾霍夫定律檢測出該間隔的SV錯(cuò)誤，并用由基爾霍夫定律得到的計(jì)算值代替該間隔的SV，從而使得站域保護(hù)做出正確的決策。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，且單間隔SV錯(cuò)誤時(shí)，也可通過相關(guān)處理措施，保證保護(hù)動(dòng)作的正確性。因此，采樣子系統(tǒng)的可靠性模型可采用表決門實(shí)現(xiàn)。

3.2.2通信子系統(tǒng)

SV網(wǎng)絡(luò)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)的可靠性通過建立網(wǎng)絡(luò)的最小路集進(jìn)行評(píng)估。網(wǎng)絡(luò)中能使源宿點(diǎn)連通的一組鏈路的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)路集，如果某個(gè)路集中任意1條鏈路發(fā)生故障就會(huì)造成源宿點(diǎn)不能連通，則此路集是一個(gè)最小路集。最小路集中任一組件失效則此路集失效，所有最小路集失效，則該通信網(wǎng)絡(luò)失效。由交換機(jī)和光纖元件的失效機(jī)理可知，通信子系統(tǒng)故障即為拒動(dòng)失效。因此，假設(shè)某一通信網(wǎng)絡(luò)的最小路集為個(gè)數(shù)為n，則該通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性模型如圖1所示，其中SW、FI分別表示交換機(jī)和光纖。

圖1　通信網(wǎng)絡(luò)可靠性模型

3.2.3保護(hù)裝置子系統(tǒng)

站域保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)本體裝置包括電源供應(yīng)元件（PSU）、通信功能元件（CU）、保護(hù)裝置內(nèi)的中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器功能元件（MEM）4類主要功能元件。依照保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)的構(gòu)成特點(diǎn)，建立保護(hù)裝置誤動(dòng)和拒動(dòng)可靠性模型，如圖2所示。

圖2　保護(hù)裝置可靠性模型

圖2中QD表示啟動(dòng)元件，ACT表示保護(hù)算法，二者與保護(hù)原理有關(guān)。保護(hù)裝置為雙重化配置，則保護(hù)裝置子系統(tǒng)只需任意1套保護(hù)裝置誤動(dòng)則誤動(dòng)失效，而保護(hù)裝置子系統(tǒng)拒動(dòng)失效則需2套保護(hù)裝置同時(shí)拒動(dòng)。在分析時(shí)，假設(shè)各模塊誤動(dòng)失效和拒動(dòng)失效率各占模塊失效率的50%。

3.2.4對時(shí)子系統(tǒng)

目前，智能變電站采用的對時(shí)方式主要有B碼對時(shí)和IEEE1588對時(shí)，其中B碼對時(shí)又可進(jìn)一步分為單時(shí)鐘單鏈路、雙時(shí)鐘（主、備用時(shí)鐘）單鏈路和雙時(shí)鐘雙鏈路等不同模式，其中單時(shí)鐘單鏈路結(jié)構(gòu)由于其可靠性較低，一般不適用于網(wǎng)采方式的站域保護(hù)。因此，主要針對雙時(shí)鐘單鏈路和雙時(shí)鐘雙鏈路的B碼對時(shí)方式，分析其對站域保護(hù)可靠性的影響。對時(shí)系統(tǒng)故障會(huì)使得MU采樣失步，一般處理措施是閉鎖相關(guān)保護(hù)，即對時(shí)系統(tǒng)故障一般不會(huì)造成站域保護(hù)誤動(dòng)，但可能導(dǎo)致站域保護(hù)部分功能或全部功能失效而發(fā)生拒動(dòng)，進(jìn)而造成大范圍的停電事故。

4　智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

4.1變壓器配置保護(hù)

變電站配電過程中，電壓額度需要限定，電壓過載或是不足，就會(huì)對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，電壓調(diào)節(jié)控制功能由變壓器系統(tǒng)完成，是變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)重要對象之一，其正常運(yùn)行是繼電保護(hù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的表現(xiàn)之一，因而是影響繼電系統(tǒng)可靠性的重要因素之一。為提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性，變壓器進(jìn)行配電保護(hù)過程中，進(jìn)行分布式配置，實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)功能繼電保護(hù)。而其后備裝置的繼電保護(hù)，則采用集中式配置手段以降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，避免降低保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

4.2過流電壓限定保護(hù)

智能變電站運(yùn)行中，受電流過載等外部因素影響，引發(fā)電流過負(fù)荷現(xiàn)象，過負(fù)荷電流雖在電流大小上與正常電流相比沒有較明顯差距，但是容易因發(fā)生外部故障導(dǎo)致跳閘的現(xiàn)象，降低了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。配置中采用電壓限定延時(shí)方式，準(zhǔn)確測量各變電線路中電流量，過負(fù)荷電流現(xiàn)象一旦發(fā)生，可以及時(shí)向智能終端發(fā)出警報(bào)并由智能系統(tǒng)執(zhí)行保護(hù)命令，有效提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

4.3繼電保護(hù)系統(tǒng)線路保護(hù)

智能化變電站中，對線路的保護(hù)采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)方式，通常主要的裝置方式分為集中式和后備式，通過合理的配置，使繼電保護(hù)功能更為有效地發(fā)揮出來。該部分的保護(hù)，是繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它控制和保護(hù)各級(jí)電壓間的間隔單元，同時(shí)完成對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測控制，是提升繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的有效方法。

5　結(jié)束語

綜上所述，我們要重視智能變電站的可靠性分析，采取有效的措施保證變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)電力系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化進(jìn)步。

［1］張沛超，高 翔.全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的可靠性及元件重要度分析［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，28（1）：77～82.

［2］閻忠富.關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)的可靠性探索［J］.科技視界，2015，16：250.

張秋麗（1984-），女，工程師，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作。

TM76

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2095-2066（2016）12-0068-02

2016-3-28