湯軍（國網(wǎng)合肥供電公司，安徽省合肥市230022）

智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性分析

湯軍（國網(wǎng)合肥供電公司，安徽省合肥市230022）

隨著智能變電站技術(shù)的推廣應(yīng)用，智能變電站繼電保護可靠性問題成為目前關(guān)注的焦點。智能變電站繼電保護，能夠?qū)⒃瓉愍毩⒗^電保護裝置的實際功能分解在不同的IED中，在這樣的背景下，使得影響繼電保護可靠性的因素復雜化。為此，本文立足于智能變電站的繼電保護系統(tǒng)，分析保護機制的可靠性。

智能變電站；繼電保護系統(tǒng)；可靠性；分析

前言

繼電保護是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的最重要的防線，其在系統(tǒng)發(fā)生故障時能否實現(xiàn)可靠的動作，以及非故障時可靠不動作將對人身安全、設(shè)備安全產(chǎn)生著直接的影響。隨著智能變電站的推廣范圍逐漸擴大，每年都有大量的智能化變電站投運應(yīng)用，那么如何對智能變電站繼電保護系統(tǒng)進行準確的可靠性評估，一直是繼電保護工作中所面臨的難題和研究的重點。

1 智能變電站繼電保護系統(tǒng)的組成

1.1 電子式互感器

電子式的互感器是智能變電站繼電保護系統(tǒng)中的重要組成部分，傳統(tǒng)的互感器一般為電磁結(jié)構(gòu)，電磁式互感器不能應(yīng)對數(shù)字化的電氣量測系統(tǒng)發(fā)展。因此采用電子式的互感器，該種新型的電子互感器與傳統(tǒng)的互感器相比具有家較好的是故障檢測準確性，從性能上能夠提升是保護裝置的正確動作率，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。從經(jīng)濟效果上分析，電子式互感器能夠利用光纜取代電纜，使得絕緣結(jié)構(gòu)更加的簡單化。從設(shè)備的發(fā)展性上進行分析，電子式的互感器能夠提供數(shù)字量的輸出，實現(xiàn)二次設(shè)備系統(tǒng)集成，促進變電站實現(xiàn)智能化［1］。

1.2 合并單元

在電子式互感器傳來系統(tǒng)采樣信息后，合并單元將采樣信息進行科學的組合，以特定的數(shù)據(jù)格式，將采樣信息傳輸?shù)奖Ｗo裝置中。現(xiàn)如今，合并單元已經(jīng)能夠成為智能變電站保護系統(tǒng)中必不可少的重點環(huán)節(jié)。合并單元的作用突出，一方面能夠有效的避免互感器與保護裝置之間的接線復雜，另一方面有效的減少人力和物力之間的成本，保障電力系統(tǒng)中的二次設(shè)備之間實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享［2］。

1.3 交換機

交換機是智能變電站繼電保護系統(tǒng)中的核心部件，在繼電保護系統(tǒng)中，以交換機為核心設(shè)備的以太網(wǎng)能夠?qū)鹘y(tǒng)的保護系統(tǒng)代替，繼電保護裝置是變電站的大腦，交換機是智能變電站的中樞神經(jīng)。在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)中，交換機的主要功能夠建立在通信通道基礎(chǔ)上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的交換。

1.4 智能終端

在電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)很多故障，為了實現(xiàn)故障檢修，需要引入d智能終端。智能終端的出現(xiàn)能夠?qū)ο到y(tǒng)斷路器設(shè)備內(nèi)部的電、磁、溫度、機械等狀態(tài)進行檢測。該種基于智能終端的檢測，其故障預防性能比較高，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制。一般情況下，智能終端一方面能夠接收保護裝置傳來的跳合閘命令，另一方面也能夠?qū)嗦菲鞯膶崟r信息傳遞到站控層。

2 智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性計算

2.1 主變保護的可靠性

在主變保護與智能終端、合并單元中所采用的組網(wǎng)方式，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)采集開關(guān)量信息，以及傳輸跳閘命令。并且通過SV網(wǎng)絡(luò)進行采樣信息的傳輸。在智能變電站中，進行主變壓器的保護，為了實現(xiàn)智能變電站的繼電保護，需要在智能化中系統(tǒng)中，采用保護測控一體的裝置，一方面能夠提升裝置的整體可靠性，另一方面能夠為系統(tǒng)保護啟動提供科學的依據(jù)。主變保護組網(wǎng)方案中的可靠性框圖如圖1。

圖1 主變保護組網(wǎng)方案中的可靠性框圖

2.2 線路保護和母聯(lián)保護的可靠性

在進行線路保護和母聯(lián)保護的可靠性進行分析環(huán)節(jié)中，需要進行線路保護的組網(wǎng)方案設(shè)計。以數(shù)字化的線路保護裝置為例進行分析，數(shù)字化的線路保護裝置和傳統(tǒng)的裝置相比，其在系統(tǒng)中的應(yīng)用，開關(guān)量和模擬量的獲取都需要通過光線以太網(wǎng)的通信方式來獲取。目前，在智能變電站中的繼電保護中，組網(wǎng)的采樣值的光纖接口為SV接口，其跳閘輸出和開關(guān)量輸入需要共用一個GOOSE口。數(shù)字化的線路保護不僅能夠滿足線路兩端的數(shù)字化需求，還能夠與傳統(tǒng)線路保護相互配合，完善光纖縱差保護功能［3］。

2.3 母線保護的可靠性

在母線保護的組網(wǎng)模式中，各個間隔的智能終端能夠向系統(tǒng)提供刀閘位置，并且通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)，將信號傳遞到母差保護裝置中。在該組網(wǎng)模式中，需要采用保護與合并單元聯(lián)合的方式，通過IEC61850-9-2協(xié)議，進行網(wǎng)絡(luò)信息采集。主變保護和220V線路保護的網(wǎng)絡(luò)配置相同，由于主變保護需要連接35kV、110kV、220kV側(cè)的斷路器操作箱，其單元的數(shù)目比較多，主變保護可靠性有所降低。

3 提升智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性的建議

3.1 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)母線保護組網(wǎng)方案

提高智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性，需要根據(jù)實際的系統(tǒng)需求，采用環(huán)形結(jié)構(gòu)的母線保護組網(wǎng)方案。從母線保護組網(wǎng)模式中可知，各個間隔智能終端所能夠提供的刀閘位置等遙信需要通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)，將信號輸送到母差保護裝置中。對于采樣值組網(wǎng)方式，間隔單元的數(shù)據(jù)，需要送到母差保護裝置中，母差保護動作出口的GOOSE通過相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到各個間隔的智能終端中。在這樣的組網(wǎng)方式下，母差保護裝置的容量受到一定的限制，過程層交換機所能夠承擔的報文流量增加。當單臺的交換機接入單元的數(shù)量增加時，會使得系統(tǒng)中的可靠性逐漸降低。

3.2 智能變電站繼電保護系統(tǒng)智能報警

當前，智能化的變電站中，實現(xiàn)繼電保護，需要對變電站中的故障進行預警、檢測以及報警。其中智能報警工作比較重要。實現(xiàn)變電站的智能報警，主要分為以下幾個環(huán)節(jié)：

（1）當智能變電站中出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置能夠?qū)φ緝?nèi)的數(shù)據(jù)信息進行總結(jié)。同時智能報警系統(tǒng)還需要對站內(nèi)的實時數(shù)據(jù)、警告信息、應(yīng)用信息以及設(shè)備故障信息進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息收集與處理。

（2）電網(wǎng)故障的初步診斷。在電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)問題時，需要對其進行故障初步判斷，在實際判斷環(huán)節(jié)，對智能變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行對比，并提供出比較詳細的故障報告。然后根據(jù)故障管理經(jīng)驗，在實際的智能變電站運行中，需要對變電站的報警信息進行分類，主要可以分為事故信息、變位信息、越位信息、系統(tǒng)異常信息等。

（3）系統(tǒng)的跳閘保護，當系統(tǒng)開關(guān)處于打開狀態(tài)中，保護裝置跳閘，信息能夠?qū)﹄娋W(wǎng)裝置問題進行反饋。系統(tǒng)異常信息是指，當系統(tǒng)不運行時進行報警。變位信息是指，通過系統(tǒng)中開關(guān)的變換情況來反映出電網(wǎng)的實際工作狀態(tài)。

3.3 智能變電站繼電保護內(nèi)容

在電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，應(yīng)對電力系統(tǒng)的故障，需要強化電力系統(tǒng)繼電保護作用。在電網(wǎng)系統(tǒng)變壓器設(shè)備安裝之后，需要對設(shè)備進行保護，繼電保護能夠?qū)ψ儔浩鬟M行兩方面的保護：

（1）進行變壓器故障的瓦斯保護，系統(tǒng)中的絕緣材料在與油箱說中的油相互作用下，產(chǎn)生有害氣體，因此需要對變壓器進行瓦斯保護。一旦變壓器油箱出現(xiàn)問題時，繼電保護系統(tǒng)就作出反應(yīng)，并在電力系統(tǒng)中發(fā)出報警。

（2）短路保護。當故障電路中的阻抗元件在運行一段時間之后，就會出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象，進而實現(xiàn)變壓器中的短路保護。繼電保護實利用阻抗元件中的阻抗原理，對電網(wǎng)電路進行保護。

4 結(jié)論

本文中對智能變電站繼電保護系統(tǒng)組成進行分析，分別從電子式互感器、合并單元、交換機、智能終端等多個角度分析繼電保護的組成。然后研究智能變電站的繼電保護可靠性計算，分別進行主變保護、線路保護以及母線保護的可靠性分析。最后針對智能變電站繼電保護現(xiàn)狀，提出合理的建議。綜上所述，通過對智能變電站繼電保護系統(tǒng)的分析研究，有效提升了智能變電站繼電保護的可靠性，促進電網(wǎng)系統(tǒng)運行，滿足社會發(fā)展需求。

［1］王超，王慧芳，張弛，劉瑋，李一泉，何奔騰.數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性建模研究［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2013，03：8～13.

［2］谷磊.智能變電站繼電保護可靠性研究［D］.廣東工業(yè)大學，2014.

［3］景琦.智能變電站繼電保護可靠性評估［D］.華北電力大學，2015.

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2095-2066（2016）30-0075-02

2016-10-10