刍议智能变电站继电保护系统可靠性

张芸

摘要：随着电力系统的不断发展，国家对电网的要求也不断提高，推动智能电网发展的战略，有利于提高供电的可靠性及安全性，实现管理自动化，优化质量，下文就智能变电站继电保护的可靠性进行分析。

关键词：智能变电站；继电保护；可靠性

前言

变电站是电力系统的重要组成部分，而大量继电保护系统的应用为变电站设备的运行提供了安全保障。随着科学技术的不断发展，继电保护系统得到了快速发展，其可靠性也有了很大提高，尤其是数字化技术和光纤传播技术的应用，极大的提高了继电保护设备的可靠性。

1、智能变电站

伴随着智能电网的提出，智能变电站成为建设智能电网必不可少的存在。智能变电站与数字化变电站密不可分但又区别于数字化变电站，它们在技术特征上是一致的，而智能变电站更注重于目的与结果，其智能化设备具有环保、可靠及低能耗的特点，能自动实现信号采集、实时监控等功能。智能变电站在信息传输上有了重大突破，随着电子技术和通信网络技术的发展，二次系统的数字化和智能化进一步加强了其基本功能，并提升了其高级应用功能，比如实时自动化控制，智能调节等。智能变电站主要是采用了新型的电子式互感器，使变电站自动化技术得到巨大跨越。从物理层面来看，智能变电站一次设备的数字化智能化以及二次设备的网络化加强了两者之间的连接；从逻辑层面来看，智能变电站功能分散、数据共享，对通信有了更高的要求。智能变电站的主要技术特征体现在数据采集数字化，系统建模标准化，信息交互网络化，信息应用集成化，设备检修状况化五个方面，实现了电气量数据采集的数字化应用和站内信息共享，加强了系统之间的集成，提高了系统的可用率，是数据更安全，更有效。

2、继电保护系统

智能变电站继电保护系统由电子式互感器、合并单元、交换机、智能终端、同步时钟等元件组成。电子式互感器因其无磁饱和现象可以有效提高保护故障测量的准确性及保护装置的正确动作率，利用光缆塑造绝缘结构，经济环保且安全，电子式互感器提供的数字量输出，加速了智能变电站的数字化智能化，具有长远发展性，从而取代了传统电磁式互感器。智能变电站能够运转的一个重要环节即是交换机的运用，交换机是通信网络的核心设备之一，是主要的信息传输通道，通过建立可靠的信息通道控制网络流量，为管理交换操作提供了方便，并保证了信息的有效传递。智能终端可以实现设备的实时状态检修及智能化控制，有效地对断路器进行开断控制并实时接收断路器的运行状态，提高了运行效率。同步时钟技术在智能变电站中起着中流砥柱的作用，确保数字信号的采集与传输统一时序和时钟基准，而同步时钟技术就可保证其可靠性和准确性。合并单元也是因电子式互感器而产生的，用于对采样信息进行组合，避免了复杂的接线工作，有利于数据共享，也是必不可少的一个环节。

3、可靠性研究

3.1现状。智能变电站继电保护与原来的独立继电保护装置有较大不同，其功能被分解，从而使影响因素变得更加复杂和多元化。曾经的继电保护系统主要面向保护对象设置，通过冗余繁杂的硬件来保证其可靠性，而智能变电站的继电保护系统面临着更多的约束条件及复杂性能，因此需要引入新型的可靠性分析法来解决这些难题。

3.2可靠性分析。系统的可靠性可以根据故障后系统能否修复而分为可修复系统和不可修复系统，而智能变电站继电保护系统则隶属于可修复系统。首先必须对智能变电站继电保护系统建立可靠性模型，由于其结构的复杂性与多元性，可以采用可靠性框图法，既能清晰地观察出各组件之间的逻辑关系，又能简化运算过程。可靠性框图法主要适用于相互独立的可修复系统，体现了各个功能单位之间的逻辑连接，值得一提的是，它是以元件失效影响的分析为基础的。常见的可靠性框图有串联结构、并联结构、网络结构。串、并联结构是较为简单的两种可靠性模型，但对于较为复杂的大型网络系统，便可使用网络系统可靠性方法，例如最小路集法、最小割集法、删去留下不交化算法等。元件的重要性分析也是可靠性分析中的一部分，而元件的重要性取决于元件在系统中的位置及元件自身的可靠度。重要性的衡量往往可以作为一个系统可靠度的衡量，可以通过识别薄弱点来提高整个系统的可靠性。元件的可靠性取决于元件的质量与数量，高质量元件与量化的元件都可以大幅提高系统的可靠性，减少系统的负荷，提高系统的可修复性。元件的重要性分析还可以帮助设计者识别在设计中占核心地位的元件，从而对其进行着重保护，通过对各个元件的重要性衡量可以进行合理的维修分配及检查资源分配，提高工作效率，增强系统的可靠性，提高元件及系统的寿命。

3.3增强可靠性的措施。系统提高其可靠性的方法就是增加系统的冗余性，而系统的冗余性主要取决于装置冗余度和网络冗余度。对于以太网的冗余性，有三种基本的网络结构，总线型结构接线少但冗余度差，环型结构对任一连接点的故障都能提供一定的冗余。可以将网络重构时间控制在秒内，但系统重构时间长并且复杂性及难度提高。星型结构等待时间最少但是没有冗余度，所以可靠性很低。通过比较可以发现环型结构是可靠性较高的一种方案，其可靠性框图较为复杂，计算过程也十分复杂，但可通过最小路集进行可靠性计算，另外环型网络冗余方案提高了交换机的重要度。

4、结语

随着电力系统的不断发展，推动智能电网发展的战略刻不容缓，不仅有利于提高供电的可靠性及安全性，也便于实现管理自动化，优化质量。全文对智能变电站继电保护的可靠性及元件重要度进行了研究，智能变电站继电保护系统由电子式互感器、合并单元、交换机、智能终端、同步时钟等元件组成，影响因素变得更加复杂和多元化。继电保护系统可采用可靠性框图法，提高其可靠性的方法就是增加系统的冗余性，而系统的冗余性主要取决于装置冗余度和网络冗余度，本文具有较大的现实意义。

参考文献：

[1]孙鹏，王栋，刘永等.智能变电站继电保护可靠性研究[J].中國机械，2014（22）：41-41，42.

[2]谷磊.智能变电站继电保护可靠性研究[D].广东工业大学，2014.