智能变电站继电保护系统可靠性分析

邸增强

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

0 引 言

当前，智能变电站保护调控实现了一体化功能，使得系统和系统间能够互联、互通，同时提高了变电站继电保护系统的交互水平，保证电网能够安全、保质保量、稳定运行，能够更好地保护和控制变电站。但是，在我国变电站智能化水平不断提高的情况下，依然存在一些问题。一方面，变电站工作人员的素质没有随着变电站智能化的发展而提高，导致工作人员和工作岗位相脱离，不符合时代发展的步伐；另一方面，变电站的保护措施不够完善，容易造成继电保护系统出现故障，从而引发安全事故。基于此，需要提高智能变电站继电保护系统的安全性和可靠性，准确分析和计算变电站可靠性数据，有效提高变电站的稳定性，从而推进我国智能变电站继电保护系统的稳定发展[1]。

1 智能变电站继电保护系统

智能变电站构成的基础是IEC61850协议，按照其具备的功能，可以分成站控层、间隔层以及过程层。

1.1 电子式互感器

以往使用的电子互感器多是电磁结构，随着科学技术的不断发展进步，光电子和数字信号处理技术得到了快速发展，并应用越来越广泛，传统的电磁互感器逐渐被电子互感器所取代[2]。电子互感器和传统互感器相比，更加轻便，占地面积大大减小，且不使用油，避免了爆炸和火灾等安全事故的发生。目前，电子互感器主要有无源型和有源型两种。这两种互感器各有优势，但是有源型电子互感器更加轻便，因此人们对其更加重视。

1.2 合成单元

合成单元是智能变电站继电保护系统的一个重要组成部分，在运行过程中能够有效地组合数据信息，然后利用系统的处理功能对其展开加工，进而使整个系统受到作用[3]。它大大降低了线路复杂的程度，有效降低了接线的消耗成本，同时能够更加高效地实现数据共享功能。

1.3 交换机

交换机是智能变电站继电保护系统中最重要的一个设备。交换机的作用是对传统信息运输方式进行改进，有效地采集和传输电网中的信息，从而有效保障数据信息的传输。尤其是在现代电网工作时，各个部分设定的参数有很大差异，如果无法对数据进行实时分析，会对调控工作产生很大影响。利用交换机可以有效克服这一困难，且可以使数据、地址表等信息的交换更加简便，进而有效保障整个系统的信息传输效率。

1.4 智能终端

随着科学技术的不断发展，出现了非常规互感器，且计算机技术的进步为实现监测断路器设备内部的电、磁及温度等带来了可能。通过对检测的数据进行收集和分析，可以对断路器设备的运行状况进行分析判断，根据运行状况安排检修和维护时间，不需像传统方式进行定期检查和维修，以实现实时检测设备。于是，智能终端应运而生。智能终端是进行远程遥控必不可少的一部分，能够实现实时监测和智能调控，工作时能够最大程度地保证监测和调控的实时性，使各项功能符合系统运行的具体情形[4]。

1.5 同步时钟

通过使用同步时钟可以解决变电站中运行不一致的问题，能够协调好变电站的时序和基准。在判断信息和执行指令方面，它能够大大提高实时性，有效发挥继电保护系统的调控作用，提高其检修效果。

2 智能变电站继电保护系统的可靠性

从两个方面对智能变电站继电保护系统的可靠性进行分析，一方面是可靠度，另一方面是可用度[5]。可靠度是指智能变电站继电保护系统在一定时间和环

境下按要求完成指令；可用度是指当变电站继电保护系统出现故障问题时，设备本身会通过相关的维修系统修复设备。可以采用两种方法对智能变电站继电保护系统进行可靠性分析，一种是蒙特卡罗模拟法，一种是可靠性框图法。首先，智能终端和合并单元采取的是组网，Goose双网保护智能变电站继电采取的是跨接方式，以实现信息收集和命令传输。此外，需要提高系统整体的可靠性。为了实现这一目的，可以利用测控和保护两种CPU，实现智能变电站保护和测控的一体化功能。其次，需要全面分析、正确计算继电保护系统的相关数据。为了使整个变电站实现数字化，可以利用以太网收集数据，同时传输相关装置的模拟数据，结合Goose接口和SV接口，对相关数据和资料进行输入操作和输出操作，从而提升智能变电站继电保护系统的安全性、完整性和可靠性。最后，需要将相关数据信息发送到智能变电站继电保护系统的各个智能终端。此外，为了保护装置，还需要将信息传到母差[6]。

3 电气设计

3.1 供电负荷和供电电源

本工程属二类用电负荷，应由双回路供电，两路电源分别T接自1#中水厂2路10 kV电源进线。

3.2 用电负荷

本工程3台浓盐水提升泵和3台污水提升泵电压等级为10 kV，其余用电设备电压均为380/220 V。总装机容量约2 022 kW（包括动力和照明用电），计算负荷约1 662.63 kVA。主要设备材料如表1所示。

4 提升智能变电站继电保护系统可靠性的策略

4.1 通过数字化保障继电保护的性能

加强重视互感器的传输性能，以减少互感器故障，降低其他因素对继电保护造成的影响。这能够保证传输电气量信息的真实性和有效性，同时提高继电保护装置的性能。合理利用数字化，通过数字化的组网方式分析和计算数据，可以有效提升数据的准确性，从而保证继电保护的性能。

4.2 网络的架构

4.2.1 总线结构

总线结构中的交换机可以通过端口和其他交换机进行连接。一般情况下，IED端口的速度没有上端口快，且交换机的最大数量由系统最大延时决定。总线结构的优势是接线较少，缺点是冗余度较差。

4.2.2 星型结构

星型结构的主要特点是系统等待时间相对较少。当主交换机和其他交换机进行连接时，能够有效缩短系统的等待时间。这种结构不具有冗余度，在出现故障时，可能会造成所有IED信息的遗失，从而降低了星型结构的可靠性。

4.2.3 环形结构

环形结构交换机的优点是能够自行组成闭环。当连接点突发故障问题时，它可以利用其充足的冗余度进行调节。信息在被传递的过程中会进行多方面工作，需要消耗宽带对其进行传输。系统内部有一个管理交换机，主要是向交换机发送相应指令，使交换机自行检测环路。信息在环路中传送的时候会停止流动，从而终止传输。

表1 主要设备材料

4.3 智能变电站继电保护系统智能报警

现阶段，要对智能变电站进行有效的继电保护，需要重视变电站故障，开展预警、检测和报警三方面工作。其中，智能报警工作具有核心地位，可以从以下几个方面开展工作。

（1）当智能变电站发生故障时，继电保护装置可以总结站内的数据信息。站内的实时数据、应用、警告以及设备故障信息，可以通过智能报警系统进行收集和处理。

（2）初步诊断电网的故障问题。当电网系统出现故障时，首先要对故障问题展开判断，同时需要和智能变电站系统的相关数据进行对比和分析，并制定详细的故障报告。其次，在智能变电站实际运行中，以故障管理的经验为依据，分类汇总变电站的报警信息。报警信息分为多种，如事故信息、系统异常信息等。

（3）系统的跳闸保护。当系统处于工作状态时，跳闸保护能够有效保护系统，避免突然出现跳闸，同时信息能够高速反馈电网装置的问题。变位信息主要根据系统开关的变换检测电网的实际工作状态。

4.4 智能变电站继电保护的主要内容

需要进一步加强分析电力电网系统中发生的故障问题，以提升电力系统的继电保护水平。在电网系统变压器设备组装完成后，需要进一步安装保护设备。它的保护体现在两个方面。一方面，采取瓦斯保护措施。由于变压器设备和油箱中的油发生作用时会形成有害气体，因此系统采用绝缘材料非常必要。继电保护系统探测到变压器有问题时会作出相应反应，并发出相应的报警信息。另一方面，短路保护。故障电路中存在阻抗元件，在工作一定时间后会出现跳闸，从而对变压器进行短路保护。

5 结 论

综上所述，智能变电站继电保护系统在运行过程中会受到很多因素的影响，如站内的设备、网络情况、电网结构和保护装置配置等。智能电网出现后，弥补了传统电网存在的不足。但是，随着社会的不断发展，科学技术的不断进步更新，出现了一些新设备、新技术，使当前智能变电站继电保护工作面临着一些新挑战。因此，需要提高对智能变电站继电保护系统的水平和可靠性研究，有效促进电网系统运行的安全性和稳定性，以满足社会发展的需求。