鄭玲峰

摘 要：電力系統(tǒng)正處于發(fā)展階段，智能電網(wǎng)將計算機技術(shù)同信息技術(shù)等結(jié)合而成，基于電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡技術(shù)的智能變電站使得變電站在信息的傳遞方式上發(fā)生了巨大的改變，智能變電站通過信息應用使得信息的自動采集加強了，對繼電保護系統(tǒng)進行可靠性的評估可以發(fā)現(xiàn)繼電保護系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，然后提出整改方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護；系統(tǒng)分析

引言

智能變電站的繼電保護系統(tǒng)逐漸引起技術(shù)人員的關(guān)注，繼電保護系統(tǒng)能夠安全運行對智能變電站的運行意義重大，對繼電保護系統(tǒng)的研究主要依據(jù)可靠性評估模型和對系統(tǒng)的可靠性分析，利用框架圖和矩陣法建立可靠性的模型，通過對智能變電站的保護系統(tǒng)進行分析可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，通過模型進行分析可以優(yōu)化系統(tǒng)的設計。

1 繼電保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能變電站的繼電保護系統(tǒng)包含八個功能各模塊，具體有傳輸介質(zhì)、互感器、合并單元、交換機、保護單元、智能終端、斷路器和同步時鐘源。信息數(shù)字化和通信網(wǎng)絡化是智能變電站的兩大特點，以往的變電站的連接方式是通過點對點對互感器和斷路器等保護元件進行連接，現(xiàn)今的連接加入了更多的保護元件，通過合并單元將互感器采集到的數(shù)據(jù)進行匯集，對格式進行處理，然后將數(shù)據(jù)幀傳給交換機。智能終端主要應用于一次設備的功能體現(xiàn)，智能終端可以將斷路器的動作進行控制，將斷路器采集到的信息傳遞給保護單元[1]。

交換機成為二次設備與合并單元的信息傳遞平臺，棄用了傳統(tǒng)的二次電纜，系統(tǒng)設備之間就此形成了信息共享模式，為了準確的了解斷路器記錄時間發(fā)僧的時間序列，為變電站配備同步時鐘源，使全站的設備統(tǒng)一對時。繼電保護系統(tǒng)中必不可少的是通信介質(zhì)和接口，通信介質(zhì)對保護系統(tǒng)能否正常運行具有直接的影響，一般情況下通信介質(zhì)會采用光纖。通過對比發(fā)現(xiàn)接口故障和通信故障產(chǎn)生的效果是相同的，由此通信介質(zhì)的組成部分就包括了接口。

2 系統(tǒng)的可靠性分析

2.1 分析方法

信息流能夠使智能變電站繼電保護系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn)，在信息流通路順暢時就能夠?qū)⑿畔氖级税l(fā)往終端，繼電器的保護功能才能夠?qū)崿F(xiàn)，其中會影響繼電保護系統(tǒng)可靠性的因素包含同步對時功能、SV報文和GOOSE報文信息回路的連通效果。

2.1.1 參數(shù)的選擇。電網(wǎng)的一二次設備均在固定的時間進行檢查，在維護過程中，系統(tǒng)的可靠性評估來源于元件故障信息的準確性，可修復的元件在檢修維護的過程中將故障率和修復率視為常數(shù)即可。例如合并單元的故障率就為0.0067，交換機故障率為0.02。利用馬爾科夫鏈模式進行分析，由于元件所處的環(huán)節(jié)不同，因此其故障的狀態(tài)也是有所不同的，例如合并元件和交換機元件在信息傳輸過程中出現(xiàn)丟失現(xiàn)象就會使保護系統(tǒng)產(chǎn)生拒動。分析時應該將元件的失效狀態(tài)進行細分，大致可以分為兩種，分別是誤動和拒動，之后根據(jù)二者的概率進行計算即可[2]。

2.1.2 框圖法。在智能變電站繼電保護系統(tǒng)的分析過程中，框圖法較為直觀清晰，這種方法對于元件比較少的系統(tǒng)用較為合適，可以根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行框圖的繪制，通過框圖及元件的狀態(tài)和系統(tǒng)的狀態(tài)進行描述，框圖可以計算出系統(tǒng)中不同元件的不同狀態(tài)的概率。對于含有多個獨立分散的原件的保護系統(tǒng)，其中元件之間的維修狀態(tài)也是具有獨立性的，例如，可以將元件1的正確動作的概率記為P1，將元件2的正確動作的概率記為P2，根據(jù)改路的運算規(guī)則進行運算即可。

2.2 分析應用

2.2.1 主變保護的可靠性分析。在主變保護的組網(wǎng)方案之中，主變保護和智能終端的合并單元就是依靠組網(wǎng)的方式進行連接，通過保護GOOSE的網(wǎng)絡信息采集對傳輸跳閘發(fā)出指令，通過采用SV網(wǎng)絡傳輸?shù)牟芍禈有畔ψ冸娬镜闹髯儔浩鬟M行保護。通過采用保護控測一體裝置可以充分發(fā)揮智能變電站的智能化系統(tǒng)，保護裝置一般包含保護CPU和測控CPU兩種，保護啟動判斷的輔助依據(jù)就是測控采樣，還可以從整體上保護可靠性。

通過最小路集法可以得出主電保護的不可用度為1-A=8.8812×10-9[3]。

2.2.2 線路保護的可靠性分析。數(shù)字化線路的保護裝置的開關(guān)量和模擬量是以光纖通過太網(wǎng)獲取的，采樣值的光纖接口和開關(guān)輸入量的光纖接口是獨立的設置，跳閘輸出和開關(guān)量的接口通常是一個，數(shù)字化線路的保護可以通過線路兩端和傳統(tǒng)的線路保護進行配合，完成縱差保護。

通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護的不可用度為1-A=4.9492×10-9。

2.2.3 母線保護的可靠性分析。母線保護的組網(wǎng)模式中，智能終端可以將刀閘位置的信息傳遞到母差保護裝置上，利用采樣值組網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)絡將間隔合并單元的數(shù)據(jù)傳遞給母差保護裝置上，通過相關(guān)的協(xié)議就可以實現(xiàn)SV網(wǎng)絡采樣信息。

通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護的不可用度為1-A=9.9720×10-8。

3 提升可靠性的措施

3.1 太網(wǎng)冗余法

3.1.1 太網(wǎng)的控制要求。在IEEE802.3x全雙工模式下，通過交換機發(fā)出指令使數(shù)據(jù)源暫停發(fā)送，再利用控制數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端進行數(shù)據(jù)流量的傳遞可以避免數(shù)據(jù)丟失。IEEE802.1p優(yōu)先排隊技術(shù)可以使網(wǎng)絡在擁堵的情況下，數(shù)據(jù)進行優(yōu)先傳輸。IEEE802.1Q虛擬局域網(wǎng)技術(shù)，可以將IED劃分到虛擬局域網(wǎng)之中。IEEE802.1w快速生成樹協(xié)議不像從前的IEEE802.1D生成樹協(xié)議需要大約一分鐘的時間才能重新將發(fā)生故障的網(wǎng)絡構(gòu)架定義，這種快速生成樹協(xié)議可以將時間大大縮減。最后的要求是診聽過濾技術(shù)，它允許對GOOSE信息幀進行過濾，然后將信息傳遞給IED。

3.1.2 網(wǎng)絡的構(gòu)架。（1）總線結(jié)構(gòu)?？偩€結(jié)構(gòu)中的交換機通過端口與其它的交換機相連，上端口的速度一般比IED端口的速度快，系統(tǒng)的最大延時決定了交換機的最大數(shù)量，這種結(jié)構(gòu)的接線較少但是冗余度差。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)的交換機可以形成閉環(huán)，對于連接點的故障可以提供足夠的冗余度，信息在傳遞過程中會消耗寬代，應用的內(nèi)部具有管理交換機，生成樹可以發(fā)出指令，交換機便檢測環(huán)路，信息在環(huán)路中就不會流動。（3）星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)具有等待的時長較短的特點，主交換機在連接其他交換機的時候系統(tǒng)的等待時間會減少，但是星型結(jié)構(gòu)沒有冗余度，在發(fā)生故障時就會產(chǎn)生遺失所有的IED信息，從而降低可靠性。

3.2 環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)法

在環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)法之中，刀鬧位置信信息經(jīng)由各間隔智能終端提供，然后通過網(wǎng)絡將信息傳遞到母差保護裝置。根據(jù)采樣值組網(wǎng)方式，各間隔合并單元的數(shù)據(jù)同樣傳輸?shù)侥覆畋Ｗo的裝置上。母差保護動作的出口信息，發(fā)送給各間隔智能終端之后，母差保護裝置的容量會受到限制，主要原因是網(wǎng)絡報文流量的大小不定。有的時候，過程層的交換機會承擔較大量的報文，單臺的交換機接入的單元信息數(shù)量嚴重超出就會導致其可靠性較低。為了解決這個問題，可以將裝置或者交換機的光纖口進行設置。單口同時接入的合并單元數(shù)量不應該過度，使用多交換機分擔帶寬的方法可以接收更多的間隔采樣，采用千兆的交換機這種方法也可以。

4 結(jié)束語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)站的繼電保護系統(tǒng)有所不同的是，智能變電站的繼電保護系統(tǒng)的可靠性有下降趨勢，智能變電站的線路保護和主變保護問題，可以采用直采直跳的模式，在采用對時源時，不可采用外部對時源，通過詳細的分析得出智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性極其重要。

參考文獻

[1]王同文，謝民，孫月琴，等.智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015，06：58-66.

[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]付洪偉.智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性分析[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2016，02：232-233.