閔寬

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

閔寬

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

先對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，然后構(gòu)建可靠性模型，并且采用最小路集及不交化算法計(jì)算模型。為了能夠有效驗(yàn)證可靠性函數(shù)正確與否，采用串聯(lián)法和并聯(lián)法計(jì)算保護(hù)可靠性，結(jié)果與最小路算法一致。智能變電站線路保護(hù)因網(wǎng)絡(luò)合理，其可靠性得以提高；母線保護(hù)因元件眾多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其可靠性受到影響，同時(shí)這也為提高母線保護(hù)可靠性，提供了重要參考依據(jù)。

智能變電站；繼電保護(hù)；可靠性；不交化算法

1 系統(tǒng)構(gòu)成

對(duì)于智能變電站而言，其主要包括站控層、間隔層和過(guò)程層等幾個(gè)層次，傳統(tǒng)變電站則與之不同，主要由站控層和間隔層2部分組成。較之于傳統(tǒng)的變電站，智能變電站實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理。隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，間隔層功能逐漸被應(yīng)用到過(guò)程層。由于組成結(jié)構(gòu)發(fā)生了變換，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)變電站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式連接的互感器、斷路器和保護(hù)單元，而是具備更多元件。智能變電站系統(tǒng)采用電子式互感器采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)合并單元合并和匯總數(shù)據(jù)，加入同步時(shí)鐘對(duì)時(shí)信號(hào)；經(jīng)過(guò)加密，以密文形式（特定形式）經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至保護(hù)端。在系統(tǒng)保護(hù)控制側(cè)，終端作為一次設(shè)備，負(fù)責(zé)接收測(cè)控、保護(hù)設(shè)備傳來(lái)的跳合閘命令，經(jīng)系統(tǒng)判斷以后，根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出控制指令，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的有效控制，并且采集斷路器動(dòng)作信號(hào)，將其發(fā)送至保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)之中。

2 可靠性分析法

在分析智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)先建立可靠性模型。在此過(guò)程中，建模方法非常多，比如蒙特卡羅法是隨機(jī)選擇一種元件，對(duì)失效事件抽樣檢測(cè)，計(jì)算出系統(tǒng)的失效可能性，再對(duì)計(jì)算系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，該方法在一些元件結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的智能變電站中應(yīng)用效果比較好；再如，馬爾柯夫模型，若系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，則會(huì)使模型變得非常龐雜，求解難度較大。此外，還有故障樹(shù)法，采用該種方法時(shí)，對(duì)分析人員有較高的要求，而且不能對(duì)各分析結(jié)果橫向比照，無(wú)法有效形成統(tǒng)一意見(jiàn)。同時(shí)，還可以采用可靠性框圖法對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，這是一種可對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)建模和可進(jìn)行可靠性分析的有力工具和手段。對(duì)于目前的智能變電站而言，其過(guò)程層采用了SV及GOOSE類(lèi)型的報(bào)文分網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)，對(duì)其采用可靠性框圖法進(jìn)行分析，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 可靠性計(jì)算

主變保護(hù)組網(wǎng)如圖1所示，現(xiàn)代智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)由主變、線路及母線和母聯(lián)保護(hù)等構(gòu)成，類(lèi)似于常規(guī)的保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是雙重配置方式，2套保護(hù)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，彼此互不干擾。與此同時(shí)，還采用了雙網(wǎng)并行冗余協(xié)議（即PRP），有利于SV采樣信號(hào)與GOOSE保護(hù)跳閘信號(hào)，在過(guò)程層無(wú)損傳輸。雙重配置模式，使得智能變電站繼電保護(hù)在裝置與結(jié)構(gòu)上均滿足了“一備一用”的保護(hù)要求，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。系統(tǒng)中的主變保護(hù)、合并單元以及智能終端，均采用組網(wǎng)模式進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)跨接GOOSE雙網(wǎng)的保護(hù)，基于GOOSE采集開(kāi)關(guān)量和傳輸跳閘信息與命令；基于協(xié)議，比如IEC61850-9-2協(xié)議，通過(guò)SV對(duì)采樣值信息進(jìn)行傳輸。實(shí)踐中，為了能夠有效發(fā)揮智能變電站系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的“智能”功能，變電站系統(tǒng)中的主變壓器保護(hù)設(shè)備采用保護(hù)、測(cè)控2種CPU，完成預(yù)期功能。在測(cè)控采樣過(guò)程中，可起到保護(hù)啟動(dòng)判別的作用，用于輔助判據(jù)，有利于系統(tǒng)可靠性的提高。

圖1 主變保護(hù)組網(wǎng)示意圖

根據(jù)圖1和主變保護(hù)可靠性框圖，本文采用最小路集法及最小割集不交化法進(jìn)行計(jì)算，然后代入元件運(yùn)行過(guò)程中的正常概率，可得出以下主變保護(hù)系統(tǒng)可靠函數(shù)公式：

式（1）中：Pit，Pem，Psw，Ppr，Pmu分別為智能變電站終端正常運(yùn)行過(guò)程中的概率、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)概率、交換機(jī)正常功率、繼電保護(hù)設(shè)備正常概率和合并單元概率。

代入元件的運(yùn)行故障發(fā)生的概率，t＝50年。主變可用度的計(jì)算結(jié)果為A主變＝0.999 999 991，主變保護(hù)系統(tǒng)的不可用度為了能夠?qū)ψ钚÷芳☉?yīng)用所得的可靠性函數(shù)正確性進(jìn)行驗(yàn)證，建議對(duì)各保護(hù)可靠性框圖作串并聯(lián)簡(jiǎn)化，然后將其轉(zhuǎn)化成公式計(jì)算。采用MATLAB仿真模型，繪制主變、線路及母線保護(hù)的安全可靠度曲線圖。較之于110 kV變電站線路保護(hù)安全性、可靠性而言，220 kV變電站線路保護(hù)雖然有較多的組成單元，而且其組成結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，但因后者的V網(wǎng)絡(luò)為并行冗余結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用4臺(tái)SV交換機(jī)，由此可見(jiàn)，220 kV變電站線路保護(hù)效果更好。從實(shí)踐中可以看到，主變保護(hù)、220 kV線路保護(hù)配置一致，但由于主變保護(hù)需對(duì)35 kV及110 kV、220 kV斷路器操作箱進(jìn)行連接，而且單元數(shù)目相對(duì)較多，所以影響了主變保護(hù)的可靠性。對(duì)于母線保護(hù)而言，其需要連接很多個(gè)間隔，而且合并單元及智能終端的數(shù)量也比較多，尤其是光纖連接單元成倍增加，加之結(jié)構(gòu)龐雜，致使其可靠性不如其他3種類(lèi)型。

4 增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的有效措施

基于以上分析，本文研究的智能變電站母線保護(hù)安全性、可靠性相對(duì)較低，而且母線保護(hù)作為系統(tǒng)的主要組成部分，可靠性較低必然會(huì)影響變電站系統(tǒng)的運(yùn)行效率。為了能夠有效提高變電站繼電保護(hù)的可靠性，建議增強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的冗余性，有效利用以太網(wǎng)絡(luò)冗余性優(yōu)勢(shì)，對(duì)于智能變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，建議選擇星型、總線型和環(huán)型等，進(jìn)一步提高冗余度，這樣才能有效提高變電站系統(tǒng)的可靠性。

［1］林捷.關(guān)于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的一些優(yōu)化策略研究［J］.通訊世界，2017（11）.

［2］王明亮.智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)研究［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2016（03）.

〔編輯：劉曉芳〕

TM63；TM77

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.069

2095-6835（2017）24-0069-02