智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性分析

作者/王露鋼，吉林省送變電工程公司

智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性分析

作者/王露鋼，吉林省送變電工程公司

針對智能變電站運維安全的要求，繼電保護系統(tǒng)作為電網(wǎng)安全的第一道防線，其可靠性成為保障運維的重點。文章結合智能變電站繼電保護系統(tǒng)的結構和繼電保護的原理，提出一種基于模糊綜合評價的繼電保護系統(tǒng)可靠性評估方法。通過構建模糊關系矩陣和層次分析法對權重的計算，得到保護系統(tǒng)整體的狀態(tài)。通過上述的研究為當前可靠性評估提供了新的參考，也為電力運行提供了新的借鑒。

繼電保護；可靠性；評估方法

隨著我國電力改革的加快，提高電力輸送的質(zhì)量，保障電力輸送的可靠性，成為滿足電力市場要求，轉變自身服務水平的重要方向。繼電保護作為智能變電站安全運行的第一道保護防線，其自身的可靠性自然成為人們關注的焦點。但是，對變電站繼電保護的可靠性問題的研究中，關鍵還是在于如何對可靠性進行評估，從而提高可靠性評估的準確性，為智能變電站的管理提供決策參考。對此，本文結合智能變電站繼電保護的結構，重點就繼電保護系統(tǒng)的可靠性評估方法進行研究。

1.繼電保護可靠性原理

對繼電保護來講，其可靠性的保護是對系統(tǒng)中的元件系統(tǒng)進行保護，并在一定的環(huán)境、時間內(nèi)，使得其中的元件能夠無故障的完成電力運行的要求。對繼電保護的故障保護中，主要分為兩種故障，一種是可以修復的故障，一種則是不可以修復的。衡量元件的可靠性的指標，通常采用以下三類：

第一，可靠度。該指標同時被認為是系統(tǒng)及其元件在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功率的概率，而這個可靠性的指標也通常被認為是考慮衡量其可靠性的主要指標之一。

第二，可用性。該指標只要衡量系統(tǒng)是否可以在規(guī)定的時間以內(nèi)完成規(guī)定的功能，換句話說，就是系統(tǒng)能夠進行快速的自我修復的能力，從而使得系統(tǒng)具備較高的可靠性。

第三，平均失效時間。該指標通常表示系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)保持穩(wěn)定運行，直到下次故障出現(xiàn)的平均時間。通過該指標，通常可以反映出一個系統(tǒng)保持可靠性的平均時間，進而為系統(tǒng)的檢修等提供借鑒參考。

2.智能變電站繼電保護系統(tǒng)結構

目前，針對智能變電站繼電保護系統(tǒng)的結構大致可以歸納為以下幾種類型：

第一， “直采直跳”模式。該模式主要包含主變保護系統(tǒng)、母線和線路三種不同的結構，其中的保護設備采樣和跳閘是通過光纖直接進行連接來實現(xiàn)的，并且主要用來保護功能相關的光纖鏈路或者是支路。

第二，“網(wǎng)采直跳” 模式。該模式主要包括SV 和GOOSE獨立組網(wǎng)示意圖，也包含共網(wǎng)模式。

第三，“直采網(wǎng)跳”模式。該模式主要是對保護設備進行直接采樣，而其跳閘則通過GOOSE 網(wǎng)絡來實現(xiàn)。

第四，“網(wǎng)采網(wǎng)跳”模式。該模式的跳閘和采樣都可以通過網(wǎng)絡的方式來實現(xiàn)，并且根據(jù)SV 和GOOSE兩組網(wǎng)絡是否共網(wǎng)來進行綜合考慮。

3.基于模糊綜合評價的繼電保護可靠性評估

為深入研究智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性問題，本文上述的基礎知識，提出一種基于模糊綜合評價的可靠性評價方法。

■3.1 模糊綜合評價步驟

該方法的大致可以分為以下幾步：

（1）確定因素集

（2）確定評語集

（3）單因素評價，得到評判矩陣

（4）確定因素權重

（5）綜合評估

■3.2 智能變電站繼電保護可靠性評價指標

結合智能變電站的結構組成，在指標的選取過程中主要選擇多方面的數(shù)據(jù)信息，并充分結合繼電保護的各個智能單元。因此，根據(jù)上述的分析，本文選擇圖1所示的一級指標作為評價的主要指標。

在從空間的維度考慮評價的可靠性時，還需要時間的維度考慮，從而通過空間和時間的維度對問題進行考慮。如在評價的時間維度方面，還要考慮歷史信息、在線監(jiān)控信息等等。但是如一味的考慮時間因素，很可能造成與評語集無關的問題。對此，在進行評價中，將不同的設備進行進一步的劃分，分為設備信息通信信息和環(huán)境信息，并將時間信息貫穿到其中。以保護裝置為例，將其評價指標設計為如圖2所示。

圖1 一級評價指標體系

圖2 變電站保護裝置評價指標

而本文對指標評價的評語集則設定為：y={正常，注意，導演}。

■3.3 確定隸屬度

對上述的指標進行分類，并大致可以劃分為三類：一類是越大越好，包括可用度、距定檢時間；一類是越小越好，包括通道告警、GOOSE延時；一類是中間型，如環(huán)境溫度、電源電壓等等。而確定隸屬度的目的，就是要構建模糊關系矩陣。對此，選擇三角分布和梯形矩陣隸屬度分布函數(shù)的方式確定不同指標的隸屬度，進而得到如圖3所示的隸屬度函數(shù)。

圖3 隸屬函數(shù)

■3.4 實例計算

為驗證上述方案在繼電保護可靠性評價的準確性，以某變電站繼電保護裝置實時監(jiān)測數(shù)據(jù)作為基礎數(shù)據(jù)，并結合模糊關系矩陣的計算，可以得到如下的結果。

同時采用層次分析法對指標的權重進行計算，進而可以得到設備信息、環(huán)境信息和通信信息的綜合評價結果。

同理，根據(jù)上述的方法可以得到二級指標評價因素，并最紅得到綜合評價結果。

由此，根據(jù)上述的評語集看出，在該變電系統(tǒng)中的繼電保護系統(tǒng)處在正常運行的狀態(tài)，基本可以保證整體的穩(wěn)定運行。

4.結束語

總之，對于變電站繼電保護來講，其運行的可靠性直接決定了整體運行的質(zhì)量。本文針對繼電保護可靠性問題，結合模糊綜合評價方法，通過構建模糊關系矩陣和權重計算的方式，對其進行整體評價，最終得到變電站繼電保護系統(tǒng)整體運行的可靠性。由此，通過研究為當前繼電保護的可靠性提供了一種可用方法，也為可靠性的評估提供了新的參考。

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