智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

張瑜 國網(wǎng)重慶市電力公司合川供電分公司

一、智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)工作原理

第一，繼電器線路中電流增大和短路，通常發(fā)生故障的電器元件與它直接相連的電源中間的線路會(huì)出現(xiàn)短路，電流增大的狀況，此故障會(huì)導(dǎo)致線路損毀；第二，電壓降低的故障，在發(fā)生相間短路與接地短路故障時(shí)，電源與用電器各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值直線下降，而且越靠近短路位置，其電壓就越低；第三，電流與電壓的相位角發(fā)生偏差和一定幾率的變動(dòng)。當(dāng)繼電器正常工作時(shí)，電流與電壓之間相位角與負(fù)荷的功率因數(shù)角相同，一般為19°左右，三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角就由線路的阻抗角決定，一般為59°～84°，然而，保護(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+（60°～85°）；第四，測量阻抗的變化，測量阻抗也就是測量點(diǎn)電壓除以電流的數(shù)值。系統(tǒng)正常工作過程中，阻抗數(shù)值為負(fù)荷阻抗。金屬性短路時(shí)，測量阻抗變化為線路阻抗，故障消失后，測量阻抗的值明顯減小，并且阻抗角也會(huì)隨之減小。

二、提升智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的策略

（一）通過數(shù)字化保障繼電保護(hù)的性能

重視互感器的傳輸性能，減少互感器故障，降低其他因素對繼電保護(hù)造成的影響。這能保證傳輸電氣量信息的真實(shí)性和有效性，同時(shí)提高繼電保護(hù)裝置的性能。合理利用數(shù)字化，通過數(shù)字化的組網(wǎng)方式分析和計(jì)算數(shù)據(jù)，可以有效提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而保證繼電保護(hù)的性能。

（二）提升繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

總線結(jié)構(gòu)中的交換機(jī)可以通過端口和其他交換機(jī)進(jìn)行連接。一般情況下，IED端口的速度沒有上端口快，且交換機(jī)的最大數(shù)量由系統(tǒng)最大延時(shí)決定。當(dāng)主交換機(jī)和其他交換機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，能夠有效縮短系統(tǒng)的等待時(shí)間。這種結(jié)構(gòu)不具有冗余度，在出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)造成所有IED信息的遺失，環(huán)形結(jié)構(gòu)交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠自行組成閉環(huán)。當(dāng)連接點(diǎn)突發(fā)故障問題時(shí)，它可以利用其充足的冗余度進(jìn)行調(diào)節(jié)。信息在被傳遞的過程中會(huì)進(jìn)行多方面工作，需要消耗寬帶對其進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)內(nèi)部有一個(gè)管理交換機(jī)，主要是向交換機(jī)發(fā)送相應(yīng)指令，使交換機(jī)自行檢測環(huán)路。信息在環(huán)路中傳送的時(shí)候會(huì)停止流動(dòng)，從而終止傳輸。

（三）提高智能變電站母線保護(hù)

智能變電站母線保護(hù)是斷電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為提高智能變電站保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，需要使保護(hù)系統(tǒng)具備合理的冗余結(jié)構(gòu)。冗余性受保護(hù)裝置和通信網(wǎng)絡(luò)的冗余度的影響。在物理層次，控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)，發(fā)揮特有的優(yōu)勢。采用雙以太網(wǎng)并行的保護(hù)技術(shù)，使其具備的冗余優(yōu)勢得到更好的體現(xiàn)。智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采取多種型式，科學(xué)合理地選用結(jié)構(gòu)型式可以更好地提高冗余度。冗余裝置是提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵措施，任何型式的變電站都離不開冗余設(shè)計(jì)?？梢岳脙商桌^電保護(hù)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)終端保護(hù)設(shè)置、數(shù)據(jù)交換機(jī)及合并單元，以提高系統(tǒng)的保護(hù)性能。

三、提升智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法

（一）提升變壓器保護(hù)的可靠性

電力系統(tǒng)對電壓額度有一定的要求，確保電壓額度的準(zhǔn)確性才能保證電力系統(tǒng)供配電的正常運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)對電壓的有效控制的過程中，變壓器系統(tǒng)的運(yùn)用起著決定性的作用。因此，變壓器可采取分布式的方法進(jìn)行配置，可以分散變壓器系統(tǒng)的壓力，避免由于變壓器承受過大壓力而出現(xiàn)問題。而在繼電保護(hù)系統(tǒng)的后期配置中，需要將分散配置與集中式配置進(jìn)行結(jié)合，以降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，進(jìn)而提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

（二）做好過程層的繼電保護(hù)

過程層的繼電保護(hù)主要是通過對電力系統(tǒng)中母線、變壓器和配電線路等進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)降低電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對電力調(diào)度系統(tǒng)實(shí)施必要的保護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。通常來說，繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能保證電力系統(tǒng)在發(fā)生波動(dòng)時(shí)保護(hù)定值穩(wěn)定。但是，智能變電站中存在著大量一次設(shè)備，應(yīng)注意開關(guān)與硬件的分離，保證開關(guān)和硬件的相對獨(dú)立性，進(jìn)而對變電站母線和輸電線路實(shí)施保護(hù)?？梢酝ㄟ^多段線路保護(hù)的方式對智能變電站母線和變壓器保護(hù)進(jìn)行定義。在變電站主站采樣的同時(shí)，進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)調(diào)整，保證采樣數(shù)據(jù)的適用性和可靠性。

（三）間隔層中繼電保護(hù)的提高

將雙重化裝置運(yùn)用到變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，對后備保護(hù)進(jìn)行集中配置，是做好間隔層繼電保護(hù)，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的有效措施。后備保護(hù)系統(tǒng)能為變電站后備設(shè)備、開關(guān)失靈及相鄰范圍內(nèi)的線路和端母線提供保護(hù)，進(jìn)而對電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的故障和問題進(jìn)行精確的診斷，并提供及時(shí)有效的解決辦法。除此之外，可以在技術(shù)手段允許的情況下，將智能變電站的電壓等級進(jìn)行集中配置，使其適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行的具體情況。

（四）可視化技術(shù)的運(yùn)用

為提高智能變電站繼電保護(hù)可靠性，需要對故障實(shí)現(xiàn)有效處理，引入可視化技術(shù)對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行監(jiān)控是十分必要的，能實(shí)時(shí)監(jiān)控繼電保護(hù)裝置運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和運(yùn)行數(shù)據(jù)采集。繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生運(yùn)行故障時(shí)，要對中間節(jié)點(diǎn)文件形成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確采集，以全面分析故障，從而確定故障原因。為工程技術(shù)人員提供準(zhǔn)確的排查記錄信息，針對故障情況制定切實(shí)可行解決措施。

四、結(jié)束語

隨著電網(wǎng)建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，智能變電站已成為我國電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。為保障智能變電站的安全正常運(yùn)行，加強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性成為當(dāng)前建設(shè)的重要內(nèi)容。通過對智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，從硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)中，采取有效措施增強(qiáng)該系統(tǒng)日常運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)而為我國電力事業(yè)的發(fā)展提供安全保障。