智能变电站继电保护系统可靠性分析

1、    智能变电站继电保护系统可靠性分析    摘 要：智能变电站继电保护系统在结构和内涵上不同于传统的变电站，其工作的安全可靠性对智能变电站安全稳定运行具有重要作用。本文阐述了智能变电站继电保护系统结构，对其系统可靠性进行分析，探讨智能继电保护系统的薄弱环节，明确系统元件重要度区分，以为智能化变电站继电保护系统优化设计及运行维护提供借鉴。关键词：智能变电站；继电保护系统；可靠性1 智能变电站继电保护系统结构智能变电站的基本特点是信息数字化和通信网络化，其继电保护系统不同于传统变电站点对点方式连接的互感器、断路器和保护单元，而是具备更多元件。合并单元将多

2、个互感器采样数据汇集后合并，进行格式处理后把数据帧传递给交换机。智能终端是一次设备如断路器等的智能功能体现者，接受跳合闸及闭锁信息已控制断路器动作，同时采集断路器开关位置信息传递给保护单元。交换机及其相关网络替代了传统二次电缆，作为二次设备与合并单元之间的信息传递平台，实现各系统设备之间信息共享。与此同时，为实现继电保护对发生事件的时间序列上的准确性要求，需要满足全站设备的统一对时功能，配置同步时钟源。通信介质和接口必不可少，其连通性对保护系统运行正常与否产生直接影响，通常采用光纤，接口故障和通信故障效果相同，可以将接口视作通信介质组成部分。所以，完整的智能化继电保护功能通常具备八大功能模块，

3、传输介质（tm）、互感器（mi）、合并单元（mu）、交换机（sw）、保护单元（pr）、智能终端（it）、断路器（br）、同步时钟源（ts）。2 智能变电站继电保护系统可靠性分析方法智能变电站继电保护系统功能实现是由信息流来完成的，通路顺畅，各类信息准确可靠的在始端和终端之间传递，才能有效完成继电保护功能。同步对时功能、sv报文以及goose报文信息回路连通的效果是影响继电保护系统可靠性的决定因素。2.1 系统可靠性计算一般方法对于多元件或是多个子系统形成的系统，任一元件或是子系统故障就会使系统功能实现失败，它们处于串联关系，其可靠性计算公式为： r=r。其中，r为全系统可靠性；m为系统元件或是

4、子系统个数；rj（j=1，2.，m）为第j个元件或是子系统可靠性。系统中如果元件或子系统存在备用或是冗余配置时，只有所有组成部分全部失效使才会形成系统故障，这时它们之间处于并联状态，其可靠性计算公式为： r=1-（1-r）系统通常构造复杂，各组件之间并非处于实质上的串并联关系，在必要回路无障碍连通时，即能实现系统功能。因此，对于复杂系统，通常进行节点间连通概率计算，所采用的方法为最小路集法，即所有最小路径集合，其中任意节点或是线段均不可缺乏。最小路集算法中每条路径可靠性计算公式为： p（li）=r；其中，p（li）为最小路径li连通概率；rj（j=1，2.，m）为li中第j个元件可靠性，所有最

5、小路径处于并联关系，一条可以连通，则系统正常工作。因此，推导出系统可靠性公式为：r=1-（1-p（li）；将式中相乘项展开得到系统可靠性计算公式：r=p（l）-p（ll）+p（lll）-.+（-1）p（ll.l）。式中，p（ll）是最小路径l和l同时连通概率，依此类推。2.2 智能变电站继电保护系统可靠性计算方法 将智能继电保护系统中的传输介质视为线段，各元件视为节点，使之作为一个连通网络系统进行最小路集法运算。2.2.1 智能继电保护系统对时回路可靠性分析方法 对时回路相关元件可靠性是对时回路可靠性的计算依据之一，需要进行对时的有合并单元、智能终端及保护单元等元件，加入时钟源进行修正后的元件

6、可靠性计算公式为r=1-（1-p（l）r=1-（1-p（l）r=1-（1-p（l）式中，r、r和r表示修正后合并单元、保护单元及智能单元可靠度，p属表示同步时钟源到相关设备第i条最小路径；n表示最小路径。2.2.2 sv回路和goose回路可靠性分析方法这两个回路计算与对时回路有所区别，其计算公式为：r=1-（1-p（l）r=1-（1-p（l）式中，r和r表示sv和goose回路可靠性，p属表示互感器、保护单元到断路器第i条最小路径。2.2.3 智能变电站继电保护系统可靠性计算全套保护系统的正常运行，需要sv回路和goose回路同时正常工作，两者之间的关系为串联，其可靠性计算公式为：r=r&#

7、183;r保护单元冗余配置，计算每套保护所对应sv回路及goose回路可靠性，处于并联关系的各套保护系统可靠性即为全套保护系统可靠性，其计算公式为：r=1-（1-r）。其中，r表示第i套保护中系统可靠性。可靠性计算如果通过手工进行最小路集法计算会产生较大计算量，运算较为复杂，通过计算机编程软件来计算，简化计算过程。3 智能变电站继电保护系统可靠性分析3.1 变压器配置保护 变电站配电过程中，电压额度需要限定，电压过载或是不足，就会对电力系统正常运行产生严重影响，电压调节控制功能由变压器系统完成，其是变电站继电保护系统重要对象之一，其正常运行是继电保护系统功能实现的表现之一，因而是影响继电系统可

8、靠性的重要因素之一。为提升继电保护系统可靠性，变压器进行配电保护过程中，进行分布式配置，实现变压器差动功能继电保护。而其后备装置的继电保护，则采用集中式配置手段以降低系统复杂程度，避免降低保护系统可靠性。3.2 过流电限定保护 智能变电站运行中，受电流过载等外部因素影响，易出现外部断路，引发电流过负荷现象，过负荷电流虽在电流大小上与正常电流相比没有较明显差距，但是容易导致外部故障发生时的跳闸现象，降低了智能变电站继电保护系统可靠性。配置中采用电压限定延时方式，准确测量各变电线路中电流量，过负荷电流现象一旦发生，可以及时向智能终端发出警报并由智能系统执行保护命令，有效提升继电保护系统可靠性。3.3 继电保护系统线路保护 智能化变电站中，对线路的保护采用纵联差动保护方式，通常主要的装置方式分为集中式和后备式，通过合理的配置，使继电保护功能更为有效地发挥出来。该部分的保护，是继电保护系统的重要内容，它控制和保护各级电压间的间隔单元，同时完成对电力系统运行状态检测控制，是提升继电保护系统可靠性的有效方法。4 结束语智能变电站继电保护系统的可靠性，对电力系统安全稳定运行具备重要作用，通过有效的方法分析其可靠性，采取科学合理的系统配置手段，加强薄弱环节，有效保护系统重点部位，以保证继电