智能变电站继电保护系统可靠性研究.pdf

Y 电 力 安 全 技术 第 1 8 卷( 2 0 1 6 年 第 4 期 ) 智能变电站继电保护系统可靠性研究 于静 ( 国网山东省 电力公 司滨州供 电公 司，山东 滨州 2 5 6 6 0 0 ) 摘要在对智能变电站简 要介绍的基础上分析了其继电 保护系统的构成，然后以某电网智 能变电站的网络接 线方案为原型，采用可靠性框图法对变电站的稳定性加以分析。研 究了实际变电 站主变 保护、母线保护、1 1 0 k V及2 2 0 k V线 路保护的可靠性， 提出了 提高其可靠性的措施，为智能 变电站继电保护 系统安全稳定运行提供 了保障。 关键词智能变电站 ；继电保护 ；可靠性 ；冗余度 0 引言 随着智能电网概念的逐渐火热 ，智能变电站概 念也被提出。智能变电站是智能电网 “ 电力流 、信 息流、业务流”的汇集点 ，是智能电网的重要组成 部分。智能变 电站通过网络传输信息 ，能够智能地 完成信号的采集、实时监控、动作保护等功能。在 智能变电站保护系统中，使用光纤来替代电缆连接 一 次设备与二次设备 ，同时输出的模拟信号也变为 数字信号 。由于这些不 同，智能变 电站保护系统也 与传统变电站有较大差异。 1 智能变电站继电保护系统的组成 基于 I E C 6 1 8 5 0 协议的智能变电站 “ 站控层 + 施加强并网光伏 电源的技术监督与管理，掌控配 电 网谐波污染源，凡超过国家、行业规定技术标准的 设备不得并网使用。本着 “ 谁干扰、谁污染 ，谁治 理”的原则，在谐波源上采取控制措施 。 ( 2 )采用多电平逆变器，增加换流装置的脉冲 数，平滑其波形，减少谐波。可采用脉宽调制型逆 变器抑制谐波，采用无源滤波或有源滤波装置削弱 谐波。 5 结束语 光伏发电为绿色清洁能源，电网线损较小，发 一 p一 间隔层 +过程层”的分层模式与传统变电站采用 的 “ 站控层 +间隔层”自动化体系不同，传统的 自动化系统在间隔层实现了过程层的功能。然而随 着现代智能化的发展，越来越多的间隔层功能被设 置到过程层 中。结构的改变使得基于 I E C 6 1 8 5 0协 议的智能变 电站继 电保护系统的主要功能集 中在过 程层与问隔层及 2层之 问的过程层 网络。智能变 电 站继 电保护系统结构如图 1 所示 ，主要由电子式互 感器 、网络接 口、合并单元、保护 装置、交换机、 智能终端及 同步时钟等元件构成。 从 图 1 可 以看 出，在智 能变 电站继 电保护系 统中，使用电子式互感器对数据进行采集后 ，通过 合并单元对数据进行合并汇总 ，并加入同步时钟传 来的对时信号 ，加密后以特定的密文形式经过网络 传输到保护端。在保护控制侧，智能终端是一次设 电曲线为正态分布 ，适合 国情 网情。与旋转发电功 率特性有机结合 ，供 电部门、光伏企业积极采取技 术措施和管理措施 ，可确保配电网和光伏 电源安全 稳定运行。 收稿 日期 ：2 0 1 6 叭 一1 6 。 作者简介 ： 孟婕 ( 1 9 8 3 ) ，女 ，助理经济师 ，主要从 事供 电、配 电专业 工作 ，e ma i l ： s t e l l a 1 9 8 3 1 6 3 c o r n 。 孟天慧 ( 1 9 9 4 一) ，女 ，本科 ，参加高等院校 电气工程及其 自动 化专业学习。 第 l 8 卷 ( 2 0 1 6 年第 4 期) 电力安全技 术 备，主要用来接收测控装置和保护装置发送的跳合 闸命令 ，经过系统的判断后发出控制指令控制断路 器 ，同时将断路器的动作信号采集并发送到保护装 置 中。 一 次电流 一次电压 断路器 图 1 智能变电站继 电保护系统 2 智能变电站继电保护系统可靠性分析方法 要对智能变 电站继电保护系统的可靠性进行分 析 ，需要先建立系统的可靠性模型。可靠性模型的 建模方法较多：蒙特卡罗模拟法的思想是利用计算 机随机选择元件，并对其失效事件进行抽样检测来 构成系统失效概率，再通过统计来计算系统可靠性 的 ，此方法不太适合元件结构复杂且众多的智能变 电站 ；使用马尔柯夫模型时 ，如果系统包含过多的 复杂结构 ， 会导致模型变得复杂而庞大， 难 以求解 ； 故障树法对分析人员的要求较高 ，并且不能对不同 人员的分析结果进行横向对 比，因此难 以得到统一 的意见； 可靠性框图法是对复杂系统的可靠性进行 建模和分析的一种强有力的工具，其结构简单，能 够清晰地列 出系统各元件之间的逻辑关系，计算较 为简单。 所以，针对某 电网智能变 电站 中采用 的过程层 S V与 G OO S E报文分 网传输结构 ，运用 了可靠性 框图法 ，建立其保护系统的可靠性评价模型。 3 智能变电站继电保护系统可靠性计算 该智能变 电站 的保护 系统 由主变保护、线路 保护、母联保护和母线保护构成 。与常规保护系统 Y 相似 ，该智能变 电站保护系统采用双重配置 ，2套 保护系统相互独立且互不干扰 ，同时采用双 网并行 冗佘协议 ( P RP ) 保证 了 S V采样信号和 GO OS E保 护跳 闸信号能在过程层 网络 中无损传输。采用双重 配置使得继电保护在结构和装置上都满足保护系统 “ 一 备一用”的要求 ，提高了保护系统的可靠性。 主 变保 护 与 智 能 终端、合 并 单 元都 是 采 用 组 网的方式 连接 ，保护 跨接 GO O S E双 网，通过 G O OS E网络采集开 关量信 息 以及传输跳 闸命令 ； 采用 I E C 6 l 8 5 0 9 2协议 ，通过 S V 网络传输采样 值信息。 为了充分发挥智能变电站在应用层面的“ 智 能化” ，智能变 电站中的主变压器保护装置采用保 护 C P U 和测控 C P U分别完成相应 的功 能，测控 采样可作为保护启动判别的辅助判据 ，提高保护整 体的可靠性。图 2为主变保护的组网方案。 图 3是根据主变保护组 网方 案得 出的可靠性 框 图。其 中，MUl ，MU2为 2 2 0 k V母 线 P T合 并 单 元 l和 1 1 0 k V母 线 P T合 并 单 元 1 ；MU3 ， MU4为 2 2 0 k V母 线 P T合 并 单元 2和 l 1 0 k V母 线 P T合并单元 2 ；I E D1 ，I E D 2 ，I E D3为 2 2 0 k V， 1 1 0 k V 和 3 5 k V侧 断 路 器 智 能 操 作 箱 l ；I E D 4 ， I E D5 ，I E D6为 冗 余 配 置 的 2 2 0 k V，1 1 0 k V和 3 5 k V侧断路器 智能操作箱 2 ；S W1 为 S V交换机 A1 ，S W2为 S V交 换 机 B1 ，S W3为 S V交 换 机 A2 ，S W4为 S V交换机 B 2 ；S W5 为 G OO S E交换 机 A，S W6为 GO O S E交 换 机 B；E M1 E M2 0为 光纤；P R1 为主变保护 1 ，P R 2 为主变保护 2 。 根据主变保护可靠性框图，用最小路集法和最 小割集不交化算法 ，代入各元件 的正常工作概率 ， 可得 出主变保护的可靠性函数 ： 尺主 变( t ) 一1 6 P P JF ) 尸 ； 式 中： + 智 能 终 端 正 常 工 作 的概 率 ； 网络介质正常工作 的概率 ； 交换机 正常工作的概率 ； 继 电保护装置正常工作的 概率 ； 合并单元正常工作的概率 。代入各 元件