季桉 姚一凡

泰興市供電公司 江蘇 泰興 225400

引言

信息化也是時(shí)代發(fā)展的一種體現(xiàn)，信息時(shí)代，變電站的智能化首先要受到重視，它是變電所隨時(shí)代變化的具體表現(xiàn)，在信息化時(shí)代，變電站的具體情況下，電力系統(tǒng)工作者首先要關(guān)注的是變電站的智能化問題。并通過智能化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化處理，避免不必要的麻煩，從整體上提高變電站工作效率，更好地服務(wù)于社會(huì)。

1 智能變電站

智能型變電所繼電保護(hù)系統(tǒng)中，是通過對(duì)原變電所基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)變電所對(duì)變電所進(jìn)行科學(xué)、智能化管理?；诂F(xiàn)有智能化變電站的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，是將變電站技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，通過發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，完成對(duì)智能變電站線路的相關(guān)數(shù)據(jù)的應(yīng)用與測(cè)量工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站系統(tǒng) 的運(yùn)行控制。按照智能變電站的運(yùn)行特點(diǎn)，其涵蓋了數(shù)字化集成設(shè)計(jì)、模塊化處理技術(shù)等在內(nèi)的多種技術(shù)方法。比如，數(shù)字化集成設(shè)計(jì)是通過對(duì)變電站工作內(nèi)容的分解，來轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的處理模塊；此后利用模塊化處理技術(shù)保障對(duì)整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的有效控制，從而完成相應(yīng)的變電操作、信息監(jiān)督，做好電力運(yùn)行保障。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)[1]

根據(jù)實(shí)用功能，可將智能變電站劃分為三個(gè)層次，分別為：間隔層、過程層和站控層。進(jìn)程層實(shí)際上是數(shù)字接口，它只對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行對(duì)接，其中包括許多設(shè)備，如智能終端、合并單元等；站控層的主要功能是與遠(yuǎn)端控制中心建立聯(lián)系，控制整個(gè)站點(diǎn)的二、三次設(shè)備。進(jìn)程層實(shí)際上是數(shù)字接口，它只對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行對(duì)接，其中包括許多設(shè)備，例如智能終端、合并單元等，站控層的主要功能是與遠(yuǎn)端控制中心建立聯(lián)系，控制整站二、三次設(shè)備。站控層的主要功能是建立遠(yuǎn)端控制中心，控制整站二、三次設(shè)備?？刂迫疽欢卧O(shè)備。在我國的智能變電站中，“直采直跳”是一種應(yīng)用較為廣泛的繼電保護(hù)方式。一般可分為三種繼電保護(hù)方式，即直跳變壓器、母線、線路。在這些數(shù)據(jù)傳輸中，采集信號(hào)所用的都是光纜，只有智能終端和斷路器之間不用，它采用了控制電纜。

3 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的意義

繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性是指在復(fù)雜多變的環(huán)境下，以及一定時(shí)間內(nèi)，有效地完成既定任務(wù)。智能化變電站不僅是 國家電力建設(shè)系統(tǒng)改革和優(yōu)化的主要體現(xiàn)，也是實(shí)現(xiàn)有關(guān)目標(biāo)要求的強(qiáng)有力保證，包括在電力輸送過程中，減少資 源浪費(fèi)，提高整體運(yùn)行穩(wěn)定性。但智能變電站的可靠運(yùn)行同樣需要其他設(shè)備系統(tǒng)的輔助配置，如繼電保護(hù)系統(tǒng)。智能化變電站主要是利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)所控電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，智能電子設(shè)備在整個(gè)智能變電站系統(tǒng)中 經(jīng)常存在。因此，智能變電站在實(shí)際運(yùn)行中，無論是設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，還是有關(guān)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的非正常變化， 都會(huì)對(duì)變電站的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)因設(shè)備運(yùn)行環(huán)境或數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化而發(fā)生故 障時(shí)，可迅速分析判斷出故障位置，并迅速切斷故障線路，并啟用備用線路，有效地保障整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的組成

4.1 電子式互感器

電子式互感器是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，傳統(tǒng)的互感器一般采用電磁結(jié)構(gòu)，難以適應(yīng)數(shù)字化電力測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展。因此，利用電子式互感器，該種新型的電子互感器比傳統(tǒng)互感器具有較好的故障檢測(cè)準(zhǔn)確度，從性能上可提高為保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)經(jīng)濟(jì)性分析，電子互感器可以光纜代替電纜，使絕緣結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單。從設(shè)備性能分析來看，電子式互感器能提供數(shù)字量輸出，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備系統(tǒng)集成，促進(jìn)變電站智能化。

4.2 合并單元

智能化變電站采用合并單元對(duì)遠(yuǎn)端模塊傳送的三相電力量進(jìn)行合并與同步處理，并以特定格式將處理后的數(shù)字信號(hào)提供給間隔層設(shè)備。線路縱差保護(hù)兩端數(shù)據(jù)采樣在實(shí)際運(yùn)行中存在著從多個(gè)間隔取數(shù)據(jù)的同步問題，其中變壓器差動(dòng)保護(hù)從多個(gè)間隔采集數(shù)據(jù)存在同步問題；而變壓器差動(dòng)保護(hù)從不同電壓等級(jí)獲得多個(gè)間隔數(shù)據(jù)也存在同步問題。①全站采用統(tǒng)一的GPS秒脈沖信號(hào)，基于脈沖同步同步采樣，但存在秒脈沖丟失的隱患。②二次型采用內(nèi)插算法再采樣來實(shí)現(xiàn)同步，該方案不依賴GPS、秒脈沖傳輸系統(tǒng)，對(duì)硬件、軟件要求高，實(shí)現(xiàn)難度大，但穩(wěn)定性好。

4.3 交換機(jī)

開關(guān)柜是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的核心部分，在保護(hù)系統(tǒng)中，以交換機(jī)為核心的以太網(wǎng)，可以取代傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)中變電所的大腦、交換機(jī)為核心的傳輸信號(hào)。

在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)中，交換機(jī)的作用主要是建立在通信信道上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的交換。

電網(wǎng)故障經(jīng)常發(fā)生，為了對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行故障檢修，需要引入智能終端來實(shí)現(xiàn)故障檢修。需要使用智能終端。智能終端的出現(xiàn)，可以檢測(cè)斷路器內(nèi)部的電、磁、溫度、機(jī)械狀態(tài)。它以智能終端為基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)，具有良好的抗故障性能，并能對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。一般情況下，智能終端一方面可以接收保護(hù)設(shè)備發(fā)出的跳合閘指令，另一方面可以將實(shí)時(shí)信息傳遞給站控制層。

5 智能電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性計(jì)算

建立了變電站智能繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析模型，并進(jìn)行可靠性分析。建立模型的方法很多，蒙特卡羅模擬比較普遍，主要是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制元件的隨機(jī)選擇，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行采樣檢測(cè)，從而統(tǒng)計(jì)分析故障概率，再通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠性計(jì)算。這一建模方法不適用于各種智能變電站，特別是電力元件復(fù)雜的電站系統(tǒng)。對(duì)于復(fù)雜的電站系統(tǒng)，馬爾柯夫模型的復(fù)雜性使模型變得更復(fù)雜，難以求解?？煽慷葓D框法可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電站系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，模型結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站系統(tǒng)中各元件之間邏輯關(guān)系的劃分，計(jì)算簡(jiǎn)單，結(jié)合智能電站的過程層和GOOSE報(bào)文結(jié)構(gòu)，構(gòu)建繼電保護(hù)模型。該智能變電所采用了兩個(gè)獨(dú)立、無關(guān)聯(lián)的雙重保護(hù)系統(tǒng)，其配置了雙網(wǎng)并行冗余通信協(xié)議，從而保證了SV采樣數(shù)據(jù)信息和GOOSE保護(hù)跳合閘保護(hù)信號(hào)在電站過程層的無損傳輸。兩套配置方式使繼電保護(hù)裝置可以滿足冗余設(shè)計(jì)要求，從而更好地保護(hù)繼電系統(tǒng)的可靠性。主變智能保護(hù)終端、合并單元采用組網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)接線，從而使GOOSE雙網(wǎng)保護(hù)更好。通過IEC標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了變電站系統(tǒng)開關(guān)量的采集和發(fā)送跳閘保護(hù)指令，并利用IEC標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)SV網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集數(shù)據(jù)信息的傳輸。為了使智能變電站能夠在應(yīng)用層面上實(shí)現(xiàn)智能化，主變壓器繼電器采用CPU控制器來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制功能，測(cè)量和取樣可以作為繼電保護(hù)起動(dòng)和識(shí)別的依據(jù)，更好地提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。將各類電氣元件的失效率引入，取值為50年，從而得出主變保護(hù)可靠度09.99999911。在220kV供電線路中，需要使用多種繼電保護(hù)單元，其結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，部分線路SV網(wǎng)采用冗余結(jié)構(gòu)，需要應(yīng)用4臺(tái)SV數(shù)據(jù)交換機(jī)，但110kV供電線路只采用2臺(tái)SV數(shù)據(jù)交換機(jī)，可以看出前者具有更好的可靠性。

6 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性概述

6.1 繼電工程及其現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的應(yīng)用實(shí)踐

新型智能變電站繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作流程，對(duì)未來社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。它既能滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的需要，又能改善現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用。本文的具體意義如下。給大眾生活帶來更多方便。對(duì)公眾生活的影響日益擴(kuò)大的繼電工程及其現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)技術(shù)的整體應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，對(duì)市民生活的影響逐漸增大，這一技術(shù)在輕軌和地鐵建設(shè)中的應(yīng)用，無疑為市民的交通帶來極大的方便，同時(shí)，報(bào)警、刷卡、銀行等生活設(shè)施中的繼電保護(hù)及現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)等技術(shù)的應(yīng)用，無疑為市民的交通帶來極大的方便。因而隨著繼電工程和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，以及其技術(shù)應(yīng)用水平的提高，它將給公眾的日常生活帶來更多的方便，推動(dòng)人類社會(huì)整體發(fā)展更加走向智能化、實(shí)地化和科學(xué)化。達(dá)到進(jìn)一步提高技術(shù)應(yīng)用水平。隨著繼電工程及其現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，它迅速獲得了廣泛的市場(chǎng)需求，各行各業(yè)在各行業(yè)對(duì)繼電工程及其現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)技術(shù)應(yīng)用需求的提升，對(duì)技術(shù)的應(yīng)用水平也提出了更高的要求，對(duì)技術(shù)的應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)技術(shù)的全面擴(kuò)展，使其得到快速廣泛的市場(chǎng)需求。

6.2 變壓器配置的保護(hù)

繼電保護(hù)系統(tǒng)中的變壓器，主要功能有以下兩個(gè)方面[2]：一是調(diào)節(jié)電壓，二是調(diào)節(jié)電流。變電所在進(jìn)行日常配電時(shí)，要確保電壓范圍適當(dāng)，才能保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、正常運(yùn)行。因此從這個(gè)角度來看，電壓的限額需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的限定。電網(wǎng)在日常運(yùn)行過程中，如果電壓承載量超過預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)或電壓直接不足，則直接影響整個(gè)變電站的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。因此，對(duì)變壓器系統(tǒng)的保護(hù)，對(duì)于變電站來說，是至關(guān)重要的。智能型變電所在繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中對(duì)變壓器配置的保護(hù)問題，一般要求采用分布式配置方式，這樣既能使變電所在電力運(yùn)行過程中分散系統(tǒng)壓力，又能充分避免變壓器電壓不足的場(chǎng)所[3]。后端設(shè)備的保護(hù)配置需要采用集中式的配置方式，這樣就可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的配置方式，這也是增強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的重要途徑，而且在一定程度上降低客觀環(huán)境對(duì)電力運(yùn)行造成的諸多負(fù)面影響。

6.3 線路的保護(hù)

分析保護(hù)線路系統(tǒng)的目的是盡可能地滿足繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。數(shù)字化電網(wǎng)的組成形式，主要是通過以太網(wǎng)，分析數(shù)據(jù)信息，領(lǐng)用SV、GOOSE等接口結(jié)合，實(shí)現(xiàn)相關(guān)電力信息系數(shù)據(jù)的輸入、輸出，從而使整個(gè)變電站更加數(shù)字化，運(yùn)行過程更加高效化。

6.4 引進(jìn)防誤操作技術(shù)

高級(jí)防誤操作技術(shù)可顯著提高繼電保護(hù)的穩(wěn)定性，常用的防誤操作技術(shù)有兩種：一是就地防誤操作技術(shù)，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)性故障時(shí)，可在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)其采取止損措施，從而提高系統(tǒng)的可靠性，工作人員在引進(jìn)該技術(shù)時(shí)可結(jié)合智能變電站的實(shí)際需要，合理設(shè)置暫停睡眠、設(shè)施解鎖等功能，同時(shí)還應(yīng)對(duì)正在操作的設(shè)備進(jìn)行常亮處理，從而提高系統(tǒng)的可靠性二是主動(dòng)防誤操作技術(shù)，該技術(shù)一般是針對(duì)繼電保護(hù)中的母線，工作人員可先利用此項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的SV接收板，并結(jié)合繼電保護(hù)系統(tǒng)的電壓接收情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

6.5 提升管理的可靠性

采用繼電保護(hù)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)字化建設(shè)。在變電運(yùn)行中合理設(shè)置繼電保護(hù)裝置，確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提高變電運(yùn)行管理的可靠性。智能化變電站為社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)、人民生活等領(lǐng)域提供電力。智能型變電所的日常工作易受外部因素的影響，因此，在進(jìn)行運(yùn)維管理時(shí)，要充分考慮電磁兼容問題，發(fā)揮繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體效果，削減不良因素，建立預(yù)警機(jī)制，及時(shí)對(duì)智能變電站的運(yùn)維異常做出反應(yīng)。

7 結(jié)束語

總之，可靠的電力供應(yīng)是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，在我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著舉足輕重的作用，目前智能電網(wǎng)的發(fā)展速度很快，智能變電站的建設(shè)成為主流，智能變電站帶來了技術(shù)的變革，對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求，在電力系統(tǒng)安全可靠性方面發(fā)揮著重要作用。