王 寧 劉 夏

1.特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽 110144；2.中車建設(shè)工程有限公司，遼寧沈陽 110020

1 當(dāng)前智能變電站情況介紹

智能變電站，就是通過利用現(xiàn)代化、具有集成特點以及環(huán)保性能的智能設(shè)備，將通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、全站信息數(shù)字化以及信息共享標(biāo)準(zhǔn)化作為變電站運(yùn)行的基本要求，可以無需依靠人力實現(xiàn)信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量以及檢測等功用。另外，智能變電站同時也具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)以及在線分析決策等多項功能。

變電站在電力系統(tǒng)當(dāng)中起到的作用就是充分實現(xiàn)個支線路的總體連接，并對于電力傳輸系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換以及分配。除此之外，電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，變電站同時也是其中的一個關(guān)鍵節(jié)點，可以充分保障電網(wǎng)的運(yùn)行安全，確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。經(jīng)過一段時間的應(yīng)用和發(fā)展，目前我國的智能變電站已經(jīng)成為了電力系統(tǒng)中必不可少的一個部分，其功能性逐漸完善，變電站所傳遞的信息也逐漸朝著現(xiàn)代化、智能化以及數(shù)字化的方向發(fā)展。與此同時，通信平臺也逐漸與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，一定程度上實現(xiàn)了智能變電站內(nèi)部工作運(yùn)行一體化的作用。

2 變壓器保護(hù)系統(tǒng)模型分析

2.1 傳統(tǒng)變壓器保護(hù)模型

在傳統(tǒng)的變電站保護(hù)系統(tǒng)模型當(dāng)中，互感器與一次設(shè)備皆通過電纜與變壓器保護(hù)系統(tǒng)、線路保護(hù)系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)相連接。然而，連接的過程僅依靠單段電纜是難以實現(xiàn)的，連接電纜的數(shù)量多意味著連接所需要的接口更多，接線難度加大，且極其容易受到電磁干擾的影響?？傮w來說，傳統(tǒng)變壓器保護(hù)系統(tǒng)與系統(tǒng)的可靠性內(nèi)涵存在著一定的差異。傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)模型

2.2 智能變電站變壓器保護(hù)系統(tǒng)模型

可以將智能變電站變壓器保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)裝置細(xì)分為主后備保護(hù)一體化變壓器保護(hù)裝置雙重化配置以及主、后備分離的單重配置兩個類型。在前者中，變壓器的高壓側(cè)以及低壓側(cè)通常分別采用單獨(dú)的智能終端來實現(xiàn)合并單元的雙重化。這樣的配置的優(yōu)勢性在于可以同時實現(xiàn)主、后備兩個部分的保護(hù)功能，相對來說具有較高的可靠性。而缺陷則在于配置運(yùn)行與維護(hù)的成本明顯增加，為變電站帶來了更多的經(jīng)濟(jì)壓力，并且提高了過程層網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，因而，仍然有待完善。在主、后備分離的單重配置中，高壓側(cè)以及低壓側(cè)各分配一臺后備保護(hù)裝置，其中，對于高壓側(cè)的過程層需要配置一臺智能化的主保護(hù)以及后備保護(hù)合并單元，對于低壓側(cè)的過程層需要配置一臺與高壓層類似的合并單元，值得注意的是，該合并單元與智能終端同樣采取智能終端一體化的應(yīng)用方法。相對于前一種配置方案而言，后者所需的保護(hù)裝置更多，且過程層網(wǎng)絡(luò)涉及較多內(nèi)容，更為繁復(fù)錯雜，雖具有一定的可靠性，但同樣存在著不完善的地方。智能變電站變壓器保護(hù)模型如圖2所示。

圖2 智能變電站變壓器保護(hù)模型

3 變壓器保護(hù)系統(tǒng)可靠性研究

3.1 直采網(wǎng)跳模式變壓器保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

在直采網(wǎng)跳變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)模型當(dāng)中，最大的問題就在于合并單元與互感器之間的連接雖然運(yùn)用了多根電纜，即便其中一根出現(xiàn)故障，整個保護(hù)系統(tǒng)都難以發(fā)揮效用。假設(shè)在直往直跳模式中，同類的原件可靠性相同，且無需考慮元件間的共同作用，可以發(fā)現(xiàn)，采取交換機(jī)的冗余方式可以明顯提升變壓器差動保護(hù)的可靠性，并且，故障修復(fù)時間與系統(tǒng)可靠性呈反比存在。

3.2 網(wǎng)采網(wǎng)跳模式的變壓器系統(tǒng)可靠性分析

在網(wǎng)采網(wǎng)跳變壓器差動保護(hù)模型中，合并單元與電流互感器之間經(jīng)由多根電纜連接，且電纜與電壓互感器的連接主要是用于采集三相電壓，智能終端中的電纜則與斷路器跳閘線圈相連。相對于直采網(wǎng)跳模式來說，網(wǎng)采網(wǎng)跳模式的誤差稍有降低。

3.3 直采直跳模式的變壓器保護(hù)系統(tǒng)分析

就當(dāng)前情況來看，很多時候，人們所提及的智能終端一體化裝置實際上就是將兩個或兩個以上的裝置聯(lián)合運(yùn)用，雖然功能和效果更為強(qiáng)大，但從本質(zhì)上看功能卻并未有所整合。通過對比，可以確定，直采直跳組網(wǎng)模式是三種組網(wǎng)模式中可靠性最高的一種，并且無需過多的利用交換機(jī)，一定程度上節(jié)約了智能變電站的構(gòu)建成本，更具應(yīng)用價值。

3.4 交換機(jī)組網(wǎng)方式以及三類組網(wǎng)模式對比

容易對變壓器保護(hù)系統(tǒng)可靠性研究造成影響的因素眾多，主要涉及總線性能以及組網(wǎng)關(guān)系等內(nèi)容。

通常情況下，智能變電站會采用雙母接線和現(xiàn)代化的一次設(shè)備，依靠電子式互感器來獲取數(shù)字量信息，然后再傳遞給合并單元，統(tǒng)一傳遞到保護(hù)裝置當(dāng)中，最后再充分利用智能終端來實現(xiàn)對于開關(guān)設(shè)備的控制。我們可以將智能變電站細(xì)分為過程層、間隔層以及站控層三層。具體來說，過程層涉及開關(guān)、斷路器、變壓器等設(shè)備，其運(yùn)行涉及到多個環(huán)節(jié)的工作，因此，在研究其可靠性時，需要充分考慮到傳輸介質(zhì)以及元件等內(nèi)容。

在智能變電站變壓器保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)中，想要充分確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性，不僅需要確保網(wǎng)絡(luò)的冗余度，同時也需要充分考慮到報文延時對于系統(tǒng)造成的影響。

通過對交換機(jī)中各組網(wǎng)方式進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，總線形結(jié)構(gòu)雖然總體結(jié)構(gòu)較為單一簡單，但其不會留存過多的冗余度，其缺陷就在于通信延時較長，總體來看可靠性較弱。星形結(jié)構(gòu)雖然有效彌補(bǔ)了總線形結(jié)構(gòu)的延時缺陷，但其缺點在于對于交換機(jī)的要求較高，普通的交換機(jī)很難滿足星形結(jié)構(gòu)的需求。環(huán)形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于其冗余度更強(qiáng)，缺陷在于結(jié)構(gòu)較為繁雜，且與總線形結(jié)構(gòu)一樣，存在著通信延時較長的問題。對比來說，環(huán)形和星形網(wǎng)絡(luò)的弊端更少，雖然存在一定的缺陷，但可靠性相對更強(qiáng)。

另外，在智能變電站當(dāng)中時常會采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。其中，在直采網(wǎng)跳模式下，一旦合并單元與互感器之間所連接的電纜出現(xiàn)互相，整個保護(hù)系統(tǒng)都會失去其作用。在網(wǎng)采網(wǎng)跳模式下，合并單元與電流互感器之間的連接主要被用于采集三相電流。直采直跳模式實現(xiàn)合并導(dǎo)員以及智能終端的一體化。對比網(wǎng)采網(wǎng)跳、直采網(wǎng)跳變壓器保護(hù)系統(tǒng)方案以及直采直跳變壓器保護(hù)系統(tǒng)方案，直采直跳的可靠性更高，且報文傳輸可以直接進(jìn)行，省去了交換機(jī)設(shè)備的應(yīng)用所消耗的時間，不會對跳閘速動性造成過多的影響，總體來說，可靠性較高。同時，合并單元與智能終端的融合有效節(jié)約了設(shè)備的占地面積，且無需受到布線繁雜、元件穩(wěn)定情況等外界因素的影響。值得一提的是，直采直跳變壓器保護(hù)系統(tǒng)方案省去了交換機(jī)轉(zhuǎn)換報文的時間，更具時效性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著智能變電站應(yīng)用水平的逐漸發(fā)展進(jìn)步，智能變電站的結(jié)構(gòu)和功能得到了顯著的完善。但就目前情況來看，智能變電站變壓器保護(hù)系統(tǒng)仍然會受到多種外界因素的影響，在未來的發(fā)展過程中，仍然需要進(jìn)行更為深入的探討研究。