数字化变电站继电保护的可靠性建模研究

1.梁思博 1.李威克 2.姚新光

1.国网吉林省电力有限公司检修公司 2.国网吉林省电力有限公司物资公司

数字化变电站继电保护的可靠性建模研究

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变电站在电力系统中担任着转变电压、控制电压、控制电流方向、接受和分配电能任务的电力枢纽装置角色，它是整个电力系统配电与输电的控制中心。目前我国的电力信息化技术仍处于起步阶段。现阶段，对各种信息化的变电站技术处于开发、创新、研究阶段，并且信息化变电站与传统变电站有着本质上的区别，为了维持变电站的正常运行，对继电保护的研究非常有必要。基于此，本文将着重分析探讨数字化变电站继电保护的可靠性，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

数字化变电站；继电保护；可靠性

1、数字化变电站继电保护软硬件可靠性

1.1 硬件系统可靠性

1)特定GOOSE插件的使用。为了保证能够接受和处理正常应用报文，应配置特定的GOOSE插件，而且为了保证信息处理的实效性，该插件上的网络接口应直接与保护DSP相连。2)光源输出功率的监视。可在合并器上装设光源输出功率监视模块，对互感器光功率输出实施实时监控，及时发现功率衰耗过大问题。3)双A/D系统的接入。4)光缆施工工艺的优化。可通过光缆施工工艺的优化来提高数据传输的可靠性及稳定性。5)双重化配置交换机。有必要采取相关措施来应对交换机故障对继电保护产生的影响，可通过双重化配置的应用来防止由于单个交换机故障而导致的全套继电保护装置崩溃现象。

1.2 软件系统可靠性

1)插值算法的使用。插值算法无需依赖外部时钟，其严格按照等间隔采样，继电保护装置根据固定的传变延时进行补偿和插值计算，在同一时刻进行重采样，实现各间隔电子式互感器采样值的同步，提高保护装置可靠性。2)软件积分的应用。Rogowski原理的电子式电流互感器输出信息需经积分处理，方能获得被测电流信号。主要采取在采集器中硬件积分和合并单元处软件积分两种方式。4) GIS综合监控平台。基于GIS的综合监控平台是建立在配电GIS系统的基础上，以实现后台监控系统对故障点逻辑相关信息的判断分析和自动提取相关信息的功能为根本目的，非常符合配电网络迅速发展的需要。

2、数字化变电站继电保护可靠性措施

2.1 对时回路的可靠性计算

要想实现基于对时操作的合并单元、保护单元以及智能终端等元件的顺利运营，必须确保对时回路的畅通。基于此，可将设备自身具有的可靠性纳入对时回路可靠性范畴，以形成修正后元件的可靠性，具体如下式所示。

式中：R′MU、R′PR、R′IT-修正后的保护单元、合并单元以及智能终端的可靠度；LTS-MU，i、LTS-PR，i、LTS-IT，i-同步时钟源到保护单元、智能终端、合并单元的第条最小路径；n-最小路径数量。

L只存在一条最小路径，也就是同步时钟源—传输介质—对时元件的路径。其中，对于合并单元修正元件的可靠度，具体的计算公式为：

式中：RTS、RTM、RMU代表同步时钟源、传输介质、合并单元的具体可靠度。此外，网络对时方式因需要加入交换机网络，在一定程度上增加了对时回路拓扑结构的复杂程度，此时，最小路径的数量n也随之增多，但其可靠性计算方式与式上面式子相同。

2.2 SV回路和GOOSE回路的可靠性计算

GOOSE回路与SV回路的差异主要是等待计算的终端节点、二端网络起始节点的不同，计算方法如下式所示。

式中：RSV、RGOOSE为SV、GOOSE回路的可靠性；LMI-PR，i与LPR-BR，i为互感器到保护单元以及保护单元至断路器的第i条最小路径。其中，上式表示一套保护相对应的一个互感器的情况。通常情况下，当一套保护与n个互感器相对应时，若是这些互感器之间不属于冗余配置，那么就需要确保相对应的每一条互感器SV回路的畅通，并且，其之间应当为串联的关系，也就是：

式中：RSVi(i=1，2，…n)为第i个互感器所对应的SV回路的具体可靠性。但如果是冗余配置，则只需要确保一条SV回路的畅通，就能够确保其顺利运行，此时应当处于并联的关系，也就是：

式中为一套保护对应断路器的情况，断路器通常是很少进行冗余配置的，但是当一套保护控制n台断路器时，其之间的GOOSE回路为串联关系，也就是：

式中：RGOOSEi(i=1，2…n)为第i个断路器对应的GOOSE回路的实际可靠性。但需要特别注意的是，在上述路集计算中，如果要计算合并单元、智能终端以及保护单元的可靠度，需采用式(1～3)，并利用对时回路修正之后的可靠度来替代。

2.3 系统整体可靠性计算

只有确保SV回路、GOOSE回路的顺利运行是其一起的，就可形成一套保护，由此可知，基于继电保护系统的可靠性，两回路之间应当是串联的关系，主要可通过式计算得出。同时，对于数字化变电站继电保护系统的可靠性，其计算公式如下所示：

式中：RSYS为整个继电保护系统的可靠性。此外，当保护单元存在冗余配置情况时，需要对每一套保护相对应的SV回路、GOOSE回路的可靠性进行分别的计算，最终的各套保护之间存在的并联关系就是整个继电保护系统的可靠性，也就是：

式中：RSYSi为第i套保护所对应的继电保护系统的可靠性。但在计算继电保护系统可靠性时，当展开上述计算公式之后，还要严格在遵循布尔代数运算原则的前提下，进行相应的合并计算，之后还要将需要相乘的同类项合并成一项，以获得最后的继电保护系统可靠性计算公式，然后再将相应的数值带入进行必要的计算。

总而言之，随着电子技术、光缆传播技术等不断发展，我国变电站逐步实现了由传统向信息化的转变。继电保护装置是维持变电站正常、稳定、安全运行的重要因素，但随着信息化程度逐渐加深，旧的继电保护调试方案已经无法适应数字化变电站，数字化变电站继电保护调试技术的研究迫在眉睫。这就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

[1]王超，王慧芳，张弛，刘玮，李一泉，何奔腾.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[J].电力系统保护与控制，2013，03：8-13.

[2]汪洋.数字化变电站继电保护系统的可靠性研究[D].安徽理工大学，2015.