智能变电站继电保护系统的可靠性研究

2023-11-10屠雯凤杜昕杨

现代工业经济和信息化 2023年9期

屠雯凤，杜昕杨

（南瑞集团有限公司，江苏南京 210000）

0 引言

在智能变电站中，电力系统的整体设计与继电保护发挥着不同的作用。因此，智能变电站在使用全新的继电保护设备时，应将继电保护装置功能可靠性的提升作为重点研究内容。在电网建设中投入使用智能化设备，融入自动化技术与信息化技术，有助于继电保护达到智能化标准[1]，可大幅度提升企业的管理水平。

1 智能变电站概述

智能变电站使用了技术成熟的智能设备，全站实现了信息数字化、网络化以及共享标准化的需求，能够自主完成信息收集、资源信息传递和对信息数据进行处理等，是一个具备诸多高级功能的变电站。如今，智能变电站已是电网发展的刚需，是促进电力行业发展的关键，对整个智能电网建设有着十分重要的作用，在实际运行时，能够展示出其强大的数字化网络时代特征和硬件设备上的高科技特征。与传统变电站相比，智能变电站具有更多优势。实际运行过程中，通过网络化管理，变电站的设计不再复杂，变电站设计和监理方面的人力、物力以及财力有所减少，更符合新时代集约化发展的基本需求[2]。

2 智能变电站继电保护系统可靠性分析

2.1 可靠性特点

与以往的继电保护系统不同的是，智能变电站继电保护系统的可靠性更高，能满足现代用户的用电需求，还有助于电网实现高效、稳定运行。智能变电站作为一个整体系统，由各个部件所构成，整个系统会因为一个小的部件故障而出现问题。因此，变电站和内部的各个组件设施均需具备高度可靠性，且变电站具有检测和管理故障的功能，才能预防变电站发生故障，并在发生故障时及时警示，以便相关人员及时进行维护，保障变电站安全运行[3]。

2.2 可靠性分析参数的选择

在智能变电站中，对继电保护系统的可靠性进行研究，可作为一些元件故障信息分析的依据。如在检修维护的机制下，可维修的元件在使用期内的故障与检修率为常数，就是通过大量的统计分析获取的。变电站中所使用的智能化电子设备若未定期进行故障统计与分析，那么，智能变电站继电保护系统的可靠性研究工作就需要根据相关规范标准明确的参数值确定，详见表1。

表1 智能变电站继电保护系统可靠性分析参数

本文使用的长期稳态概率，能够有效评估出智能变电站继电保护系统的可靠性。

式中：P为元件稳态工作概率；Pxλ为失效概率；u为所有元件的修复率，取365 次/a；μ 为修复率；λ 为失效率。使用马尔科夫链模型分析故障修复的分布满足指数分布。经计算，每个元件的稳态概率详见表2。

表2 各元件的稳态概率

3 智能变电站继电保护要点

3.1 保证电子装置可靠性

智能变电系统中电子设备运行的稳定性与电力系统的可靠性有着密切关系。在整个电网系统运行时，对电子装置稳定性造成影响的因素有信心数据和运行环境等，若电子装置的稳定性受到影响，就会牵连到机电保护的可靠性。因此，在装置的运行过程中需要进一步提高其稳定性。使用具有高稳定的设备和电缆，能够防止装置受到外部因素的影响。也可采取定量分析的方式，对系统可靠性模型的分析，并制定出一套有效的继电保护装置配置方案。制定的配置方案要符合智能变电站电子装置的运行标准[4]。

3.2 线路保护装置

电力系统运行时的线路保护措施有两种方案，分别是后背式与集中式。采取保护措施的主要目的，是为了有效降低电力系统运行时线路发生故障的频率，确保线路稳定运行。线路作为电力系统中电压控制的间隔单元，可在智能继电保护系统里起到监视、通信以及测量的作用，尤其是在提升电力系统运行稳定和安全方面，作用更加显著。提高线路的运行效果，能保证用电安全，同时，也给人们带来了生活便利。

3.3 电压限定延时过电流保护

智能变电站正常工作时，易受到电压和电流等多种因素的影响而发生多种问题，如电流超负荷以及外部断路等。一般情况下，电流超负荷并会不影响造成线路的正常使用。若变电站出现故障就会引发跳闸，为有效控制日常用电情况，采用电压限定延时的方式可起到保护作用，一旦线路中的点流量超标，系统就会自主提醒，并做出自我保护[5]。

4 提高智能变电站继电保护系统可靠性的具体措施

4.1 采用电压限定延时方式

智能变电站在正常运行过程中会受电流或其他外部因素的影响，导致外部断路，从而出现过负电流现象，变电站系统跳闸。可以采用电压限定延时的方法测量变电站中每个线路的电流量，在出现过负荷电流现象时，能够及时做出警示，并执行自我保护命令，提高智能变电站继电保护系统的可靠性。

4.2 在母线保护装置中融入环形结构

智能变电站中，一种环形结构的融入，可大幅度提高其可靠性，将其融入到母线保护装置，能够达到理想的效果。研究发现，以往结构中，母线保护的可靠性普遍较低。但是，在母线保护中融入环形结构，可以大大提升智能变电继电保护系统的可靠性，而且整体指标也能得到显著提高。此外，电气元件并不会因母线保护中的环形结构有所损害。因此，合理融入环形结构，可作为提升继电保护系统可靠性的策略。

4.3 优化运维模式

在实际运行时，还需要间隔智能终端和合并单元，在过程层网络中实现交换机的间隔。对公用交换机及相应的网络进行合理的调度和管理，针对不同装置中的软、硬压板采用不同操作方式，重视智能终端柜的操作及运行。在做维修处理过程中，要根据实际情况制定维护指导手册，主要包含运行支持和设备消缺等内容，同时，要将关键技术的管理程序在这一过程中凸显出来。加强智能变电站技术的应用效果，能进一步推动继电保护系统的发展。因此，需要重点创新或完善某一项技术、运行标准等。