時(shí) 明

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)公司夏店煤礦，山西長治046000）

礦井變電站是為全礦提升運(yùn)輸、供電排水的核心供電系統(tǒng)，是上級(jí)高壓變電站與礦井低壓用電單位的樞紐，起到橋梁連接作用。為改變傳統(tǒng)老舊的供電模式，適應(yīng)新型供電要求，更加高效便捷地實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)下的數(shù)字信息傳遞，根據(jù)變電站內(nèi)智能設(shè)備和在線信息共享系統(tǒng)運(yùn)行情況，可以加速構(gòu)建通信模型的一體化進(jìn)程，并以此實(shí)現(xiàn)在線測量和監(jiān)測監(jiān)控，信息自動(dòng)化采集管理，以及系統(tǒng)保護(hù)自動(dòng)化操作等[1-3]。目前，常規(guī)情況下，主要是通過提升系統(tǒng)保護(hù)的速動(dòng)性來確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，常見的保護(hù)類型諸如：故障錄波示警系統(tǒng)、變壓器斷電保護(hù)、線路母線保護(hù)等方式，用以判斷二次設(shè)備接地后對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。但此種方式只適用于變電所內(nèi)的獨(dú)立間隔的業(yè)務(wù)，而非整體層面對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析，以及故障排除。因此，如何快速分析并提高變電站內(nèi)二次設(shè)備的運(yùn)行可靠性對整體穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

1 變電站架構(gòu)排布說明

35kV變電站整體架構(gòu)呈分層分布式布置，主要分為三部分：相關(guān)站控制層、設(shè)備層、過程層。在整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，通過另外兩個(gè)對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互連接組網(wǎng)，從而使得過程層的網(wǎng)絡(luò)可與間隔層連接，并通過設(shè)備層設(shè)備傳遞系統(tǒng)采集的有效信息，同時(shí)，保持變電站內(nèi)的間隔層與控制層設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間信息連接的通信暢通。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)分析架構(gòu)可得出，站內(nèi)過程層連接網(wǎng)絡(luò)主要對SAV采樣值報(bào)文和GOOSE報(bào)文等兩類核心數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞[4]，而且站內(nèi)數(shù)據(jù)均依靠這兩類報(bào)文進(jìn)行傳輸。其中，GOOSE報(bào)文作用于指令下級(jí)保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行分合閘，并回傳開關(guān)狀態(tài)信息，SAV采樣值報(bào)文主要作用于傳遞電流、電壓值的數(shù)據(jù)交流信息。

2 系統(tǒng)保護(hù)失效分析

2.1 故障原因

一般情況下，變電站發(fā)生故障主要來源于兩種可能：邏輯判斷上的失誤和數(shù)據(jù)處理過程的失誤。其故障失誤，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)通信光纜局部斷裂或破口，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ乐袛啵鹣到y(tǒng)保護(hù)自動(dòng)檢測，影響信號(hào)的正常傳輸，導(dǎo)致保護(hù)退出，最終誘導(dǎo)系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)生拒動(dòng)。

除了經(jīng)常發(fā)生的交換機(jī)故障、光纖故障以外，其它故障原因則對系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)的概率趨于一致，造成的拒動(dòng)概率和誤動(dòng)作概率均達(dá)到系統(tǒng)故障率的50%。按照變電站系統(tǒng)內(nèi)布置的二次設(shè)備自動(dòng)修復(fù)時(shí)間為24h計(jì)算，得出設(shè)備修復(fù)率為1/(24/8760)=365次/a。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)分析可得，保護(hù)裝置、系統(tǒng)合并單元，以及智能終端這三個(gè)方面是影響變電站運(yùn)行可靠穩(wěn)定的重要因素。

2.2 采樣方式影響因素

除了上述分析的故障因素影響系統(tǒng)運(yùn)行外，還有兩種不同方式可影響穩(wěn)定性，即跳間與采樣形式的影響。設(shè)備的各項(xiàng)性能在不同的運(yùn)行方式中總體上是一致的，以便彰顯不同形式作用于系統(tǒng)保護(hù)的效果。以北二35kV變電站的線路系統(tǒng)舉例，分析跳間與采樣形式對系統(tǒng)保護(hù)的影響。在此，以硬件的可靠性為主要研究對象，當(dāng)同級(jí)的保護(hù)系統(tǒng)不動(dòng)作時(shí)，則上級(jí)保護(hù)，或備用保護(hù)將切除故障部分，來確保系統(tǒng)可維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)采用直采直跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳、直采網(wǎng)跳三種不同采樣形式時(shí)，表2所記錄的運(yùn)行參數(shù)可直觀反映出系統(tǒng)的拒動(dòng)率、誤動(dòng)率和保護(hù)有效性結(jié)果。分析可得，當(dāng)選用直采直跳的采樣方式時(shí)系統(tǒng)保護(hù)的穩(wěn)定性最可靠。其原因主要是該方式對保護(hù)外的鐘源信號(hào)不敏感，繼保系統(tǒng)無需經(jīng)過交換機(jī)系統(tǒng)可直接存儲(chǔ)信號(hào)，并傳送轉(zhuǎn)發(fā)。

表1 設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)

表2 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析表

3 供電能力的可靠性影響

在分析系統(tǒng)保護(hù)對供電能力穩(wěn)定性的影響程度時(shí)，預(yù)先設(shè)定以下可能條件：

（1）由于元器件本身的較低故障率因素，故設(shè)定同一系統(tǒng)中，不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)及以上的同時(shí)故障的元件。

（2）由于元件存在的獨(dú)立性，可確保在系統(tǒng)中的合并單元、智能終端和保護(hù)裝置等均處于不同的位置上，一旦單一元件失效故障，可視為元件獨(dú)立行為。

（3）不同保護(hù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，不存在相互干擾。

（4）電流互感器、電壓互感器均能夠正常工作。

（5）當(dāng)斷路器未按要求動(dòng)作時(shí)，失靈保護(hù)動(dòng)作可對發(fā)生的故障進(jìn)行自行切除。

（6）保護(hù)系統(tǒng)未按要求執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，后備保護(hù)發(fā)揮作用可自行切斷故障源。

（7）源自不同供貨商和不同生產(chǎn)日期的元件，認(rèn)為性能相同，具有一致可靠性。

（8）忽略信息傳遞的延時(shí)性，分析表3中電器元件的可靠性，可得出隔離開關(guān)的故障率最低，性能優(yōu)于架空線路；變壓器的故障修復(fù)率最低，性能優(yōu)于架空線路；而對于故障維修時(shí)間而言，架空線路修復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)低于主變壓器。

表3 元件可靠性分析表

4 結(jié)論

通過系統(tǒng)分析研究二次設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性影響因素，總結(jié)了35kV變電站的系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)保護(hù)，同時(shí)，結(jié)合設(shè)備工況運(yùn)轉(zhuǎn)條件下采集的工作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過對采樣方式的影響、故障原因的分析，以及系統(tǒng)保護(hù)對供電能力穩(wěn)定性、可靠性的總結(jié)分析，得出相關(guān)結(jié)論和有效數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步采取綜合防范措施，確保變電站供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供科學(xué)借鑒與保障。