王家林，崔楠楠

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泰州市姜堰區(qū)供電分公司，江蘇 泰州 225500

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步發(fā)展下，為了更好地滿足社會(huì)各界對(duì)變電站的要求，智能化技術(shù)被人們應(yīng)用到變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，加快了變電站的智能化建設(shè)步伐。為此，文章在闡述智能變電站繼電保護(hù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以智能變電站通用設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，依托可靠性框圖法打造完備的系統(tǒng)可靠性分析模型，并結(jié)合智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題提出增強(qiáng)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的策略。

1 智能變電站繼電保護(hù)的特點(diǎn)

1.1 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的高效收集與處理

智能變電站借助數(shù)字化技術(shù)全面收集、整理和應(yīng)用數(shù)據(jù)信息。和傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站會(huì)在電子互感器、光學(xué)互感器的支持下收集變電站的電流、電壓數(shù)據(jù)，由此來進(jìn)一步保證變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。之后使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來處理和傳輸數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)信息的處理和應(yīng)用效率[1]。

1.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的智能化應(yīng)用

智能變電站繼電保護(hù)裝置能夠根據(jù)需要靈活地使用信息，進(jìn)一步完善變電站的設(shè)備功能，縮短變電站二次回路的連接次數(shù)，提升變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

2.1 可靠性分析參數(shù)的選擇

可信賴的元件故障信息是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析的重要基礎(chǔ)，電網(wǎng)對(duì)一次、二次設(shè)備均有規(guī)范的定期檢修維護(hù)要求。對(duì)于可修復(fù)的元件，在檢修維護(hù)機(jī)制下，其壽命期內(nèi)的故障率和檢修率是常數(shù)，能夠根據(jù)大量的統(tǒng)計(jì)分析獲得。智能變電站在運(yùn)行時(shí)所使用的新型智能電子設(shè)備長期缺乏故障診斷統(tǒng)計(jì)分析，因此，在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析工作中需要按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)確定參數(shù)數(shù)值，如表1所示。所有的元件修復(fù)率u取365 次/年。認(rèn)為其故障修復(fù)的分布滿足指數(shù)分布，可以使用馬爾科夫鏈模型分析。文章使用長期穩(wěn)態(tài)概率作為評(píng)估智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，元件穩(wěn)態(tài)工作概率P 和失效概率Pxλ可以分別由公式（1）和（2）計(jì)算。各個(gè)元件穩(wěn)態(tài)概率表如表2 所示[2]。

表2 各個(gè)元件的穩(wěn)態(tài)概率表

式中：u為元件修復(fù)率，取365 次/年；P為元件穩(wěn)態(tài)工作概率；Pxλ為失效概率；λ為分散性參數(shù)。

2.2 可靠性框圖法

可靠性框圖法是一種清晰、簡單的計(jì)算方法，適用于元件較少的系統(tǒng)。結(jié)合智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行情況建立可靠性框圖，描繪出智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)元件狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)系，之后根據(jù)框圖計(jì)算出系統(tǒng)不同狀態(tài)下的概率[3]。

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立分散元件組成，整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)作過程中各元件之間具有獨(dú)立性。元件1 和2 的正確動(dòng)作概率為P1和P2，誤動(dòng)概率為Pw1和Pw2，拒動(dòng)概率為Pj1和Pj2。在兩個(gè)元件同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，任何一個(gè)元件出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作，并聯(lián)環(huán)節(jié)就會(huì)誤動(dòng)。

2.3 可靠性分析結(jié)果

變電站冗余線路保護(hù)可靠性分析結(jié)果如表3 所示。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)新增加了合并單元、智能終端、交換機(jī)等新型電子設(shè)備，和傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)相比，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性會(huì)降低。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的線路保護(hù)、主變保護(hù)等間隔型保護(hù)操作要注重考慮系統(tǒng)的可靠性、結(jié)構(gòu)和連接的清晰性，適合使用直采直跳的模式；跨多間隔母線保護(hù)需要考慮母線保護(hù)設(shè)備光口數(shù)量、保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)可靠性，適合使用網(wǎng)采網(wǎng)跳的形式[4]。

表3 變電站冗余線路保護(hù)可靠性分析結(jié)果

3 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性運(yùn)行保障措施

3.1 做好過程層的繼電保護(hù)

在這過程層，需要相關(guān)人員做好變電站母線、變壓器、輸電線路等電氣設(shè)備的維護(hù)管理，通過一系列維護(hù)管理措施將電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降到最低，為電力調(diào)度系統(tǒng)提供必要的保護(hù)支持。在智能變電站的保護(hù)功能上，要注重采取積極的措施簡化系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)保護(hù)裝置，在智能變電站主保護(hù)定值出現(xiàn)較小波動(dòng)時(shí)，繼電保護(hù)不會(huì)在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中出現(xiàn)變化。

從實(shí)際運(yùn)行情況來看，智能變電站存在大量的一次設(shè)備。因此，在智能變電站的繼電保護(hù)中，需要區(qū)分軟硬件開關(guān)的設(shè)計(jì)，為智能變電站的軟硬件提供獨(dú)立的保護(hù)，從而提升變電站母線、輸電線路的保護(hù)水平。相同的輸電線路可以采取獨(dú)立采樣方式，借助不同開關(guān)電流實(shí)現(xiàn)輸電線路的獨(dú)立采樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電流的綜合把握。在實(shí)際的智能變電站保護(hù)工作中可以使用一個(gè)多端線路對(duì)智能變電站中的變壓器和母線實(shí)施保護(hù)，在智能變電站的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)同步采樣，并根據(jù)變電站運(yùn)行情況來調(diào)整數(shù)據(jù)，目的是增強(qiáng)采樣數(shù)據(jù)的適用性和可靠性。

3.2 做好間隔層的繼電保護(hù)

做好間隔層的繼電保護(hù)能夠增強(qiáng)智能變電站保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性，在雙重裝置的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)后備保護(hù)系統(tǒng)的集中化配置，從而為變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供后備設(shè)備保護(hù)和開關(guān)失靈保護(hù)，還能夠保護(hù)臨近范圍內(nèi)的相連線路和端母線，從而在后備電流的基礎(chǔ)上診斷智能電網(wǎng)運(yùn)行問題和故障，根據(jù)智能變電站的跳閘問題提出對(duì)應(yīng)的對(duì)策。另外，可以在全站儀設(shè)備的支持下集中化配置電壓，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行要求調(diào)整繼電保護(hù)裝置。在間隔層做好繼電保護(hù)能夠在了解電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上提前制訂多套運(yùn)行方案，通過選擇理想的運(yùn)行方案更好地實(shí)現(xiàn)智能變電站的繼電保護(hù)功能。

3.3 優(yōu)化系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

增強(qiáng)系統(tǒng)冗余性能夠增強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。具體需要做好以下幾個(gè)方面的工作。（1）根據(jù)ICE 61850 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)作為智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)，由此增強(qiáng)智能變電站繼電保護(hù)的可靠性和安全性。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，傳統(tǒng)變電站每一個(gè)二級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)會(huì)存在冗余，智能變電站可以利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集方法來收集數(shù)據(jù)，在這個(gè)過程中能夠保障數(shù)據(jù)元的統(tǒng)一，打破二次專業(yè)壁壘，最終打造出以繼電保護(hù)為核心的二次專業(yè)結(jié)構(gòu)體系，減少智能變電站數(shù)據(jù)采集的冗余，降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的延時(shí)性，提升智能變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。（2）借助以太網(wǎng)交換機(jī)中的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)為智能變電站的自動(dòng)化運(yùn)行提供實(shí)時(shí)監(jiān)控，在多個(gè)模式的作用下實(shí)現(xiàn)智能變電站建設(shè)的多個(gè)目標(biāo)。（3）總線系統(tǒng)在交換機(jī)的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息的順利傳遞，在這個(gè)過程中可以減少接線。數(shù)據(jù)信息傳遞的冗余性較大，為了解決這個(gè)問題，可以使用環(huán)形結(jié)構(gòu)替換總線結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)上的任何一點(diǎn)都能夠提供不同的冗余，將冗余信息和以太網(wǎng)交換機(jī)結(jié)合會(huì)出現(xiàn)管理交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路，生產(chǎn)樹協(xié)議，從而為智能繼電系統(tǒng)的運(yùn)行提供物理中斷冗余度，將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)控制在一定范圍內(nèi)。綜合分析，在智能變電站運(yùn)行過程中需要相關(guān)人員在綜合多方面意見的基礎(chǔ)上選擇適合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，最終有效提升智能繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.4 增強(qiáng)環(huán)形結(jié)構(gòu)母線的可靠性

環(huán)形結(jié)構(gòu)本身的可靠性比一般結(jié)構(gòu)強(qiáng)，將環(huán)形結(jié)構(gòu)引入母線保護(hù)裝置中能夠在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。因此，在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中需要采取積極的措施增強(qiáng)環(huán)形結(jié)構(gòu)母線保護(hù)的可靠性，可以采取最小路節(jié)點(diǎn)歷法[4]。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的母線保護(hù)可靠性較低，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)母線的安全性和穩(wěn)定性能夠滿足智能繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，使用環(huán)形結(jié)構(gòu)的母線之后，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)得到提升。

3.5 優(yōu)化運(yùn)行模式

在智能電網(wǎng)運(yùn)行的過程中需要合理利用設(shè)備監(jiān)管信息，借助分割智能終端和合并單元的模式處理監(jiān)督信息，通過合理的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度處理公用交換機(jī)的信息。在智能變電站運(yùn)行過程中，相關(guān)人員需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施維護(hù)管理，完善智能變電站的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估指導(dǎo)手冊(cè)，對(duì)智能變電站運(yùn)行過程中的特殊部位進(jìn)行有效處理，從而為智能變電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供切實(shí)可行的支持[5]。

3.6 智能變電站系統(tǒng)異常處理

針對(duì)智能變電站系統(tǒng)運(yùn)行異?，F(xiàn)象，相關(guān)人員需要分析和處理智能變電站的異常信號(hào)、正常信息等，了解智能變電站的故障情況，及時(shí)處理系統(tǒng)故障，并檢查數(shù)據(jù)處理單元工作情況和軟件配置情況[6]。以上的檢查工作要以典型故障的特征狀態(tài)為基礎(chǔ)，在整合模態(tài)量信息的基礎(chǔ)上建立智能化分析測(cè)試系統(tǒng)，從而在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)采取自動(dòng)分析模式，從而保障智能變電站繼電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，和傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性、可靠性，在智能技術(shù)的支持下，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性會(huì)得到大幅度的提升。繼電保護(hù)是保證智能變電站穩(wěn)定運(yùn)行的第一防線，在保證電網(wǎng)運(yùn)行安全方面意義重大。通過對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)元件的可靠性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，和常規(guī)意義上的繼電保護(hù)相比，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性管理更為復(fù)雜。對(duì)于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的線路保護(hù)、主變保護(hù)等間隔型保護(hù)操作來說，要注重考慮系統(tǒng)的可靠性、結(jié)構(gòu)和連接的清晰性，適合使用直采直跳的模式；對(duì)于跨多間隔母線保護(hù)來說，需要考慮母線保護(hù)設(shè)備光口數(shù)量、保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)可靠性，適合使用網(wǎng)采網(wǎng)跳的形式。