智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性探析

1、 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性探析 摘要：電力系統(tǒng)正處于發(fā)展階段，智能電網(wǎng)將計算機(jī)技術(shù)同信息技術(shù)等結(jié)合而成，基于電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能變電站使得變電站在信息的傳遞方式上發(fā)生了巨大的改變，智能變電站通過信息應(yīng)用使得信息的自動采集加強(qiáng)了，對繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的評估可以發(fā)現(xiàn)繼電保 護(hù)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，然后提出整改方案。關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；系統(tǒng)分析引言智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸引起技術(shù)人員的關(guān)注，繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行對智能變電站的運(yùn)行意義重大，對繼電保護(hù)系統(tǒng)的研究主要依據(jù)可靠性評估模型和對系統(tǒng)的可靠性分析，利用框架圖和矩陣法建立可靠性的模型，通過對智能變電站的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析可

2、以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過模型進(jìn)行分析可以優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計。1、繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.1、構(gòu)架隨著變電站的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)變電站無法滿足時代的需求，在這一背景下，智能變電站逐漸興起。相比傳統(tǒng)變電站，智能變電站的核心在于過程網(wǎng)絡(luò)，通過 iec61850 通信標(biāo)準(zhǔn)。按照功能來劃分，包含了站控層、過程層和間隔層。并且在間隔層與過程層之間、站控層與間隔層之間以及過程層和站控層之間，都會有站控層與過程層網(wǎng)絡(luò)的形成。在這三個部分之間，站控層本身的作用在于整定值召喚的傳輸，同時也可以進(jìn)行修改和錄波文件的傳送。過程層主要是采樣值的傳輸，同時也負(fù)責(zé)開關(guān)狀態(tài)量、傳輸跳閘以及閉鎖信號。其過程層需要足夠的可靠性和定時性，

3、這會直接影響到智能變電站的各項(xiàng)功能的運(yùn)行1。1.2、數(shù)據(jù)幀傳輸傳統(tǒng)變電站之中，繼電保護(hù)裝置包含了命令信號通道以及采樣，想要滿足保護(hù)效果的穩(wěn)定性，就需要借助通道固定延時以及裝置處理速率來形成傳輸延時。相比傳統(tǒng)變電站，目前智能變電站的繼電保護(hù)裝置對于采樣值的傳輸都是通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的形式進(jìn)行的，同時也能夠獲取開關(guān)狀態(tài)量，下達(dá)跳閘值指令。在這一過程中，交換機(jī)和光纖是主要的介質(zhì)，其通信過程主要是利用過程層網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。所以，就智能變電站而言，我們不能忽視工程層網(wǎng)絡(luò)的重要性，同時也能表明工程層對于智能變電站的作用。1.3、iec61850 標(biāo)準(zhǔn)體系智能變電站在繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和通時設(shè)計中，還需要考慮到 iec

4、61850 原則。在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中，一般會遇到某一個實(shí)體設(shè)備包含諸多邏輯設(shè)備的問題，這就要借助基本的單元做好采樣值處理、跳閘回路以及保護(hù)算法等多個節(jié)點(diǎn)的劃分。通信協(xié)議，主要是按照通信服務(wù)的 性能需求以及服務(wù)的類型，將特定的通信協(xié)議映射出來，就如 sv/goose 通信，需要保證網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的協(xié)議映射為空，才能滿足實(shí)時性需求2、系統(tǒng)的可靠性分析2.1、分析方法信息流能夠使智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)，在信息流通路順暢時就能夠?qū)⑿畔氖级税l(fā)往終端，繼電器的保護(hù)功能才能夠?qū)崿F(xiàn)，其中會影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素包含同步對時功能、sv 報文和 goose 報文信息回路的連通

5、效果。2.1.1、參數(shù)的選擇電網(wǎng)的一二次設(shè)備均在固定的時間進(jìn)行檢查，在維護(hù)過程中，系統(tǒng)的可靠性評估來源于元件故障信息的準(zhǔn)確性，可修復(fù)的元件在檢修維護(hù)的過程中將故障率和修復(fù)率視為常數(shù)即可。例如合并單元的故障率就為 0.0067，交換機(jī)故障率為 0.02。利用馬爾科夫鏈模式進(jìn)行分析，由于元件所處的環(huán)節(jié)不同，因此其故障的狀態(tài)也是有所不同的，例如合并元件和交換機(jī)元件在信息傳輸過程中出現(xiàn)丟失現(xiàn)象就會使保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生拒動。分析時應(yīng)該將元件的失效狀態(tài)進(jìn)行細(xì)分，大致可以分為兩種，分別是誤動和拒動，之后根據(jù)二者的概率進(jìn)行計算即可2。2.1.2、框圖法在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的分析過程中，框圖法較為直觀清晰，這種方

6、法對于元件比較少的系統(tǒng)用較為合適，可以根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行框圖的繪制，通過框圖及元件的狀態(tài)和系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行描述，框圖可以計算出系統(tǒng)中不同元件的不同狀態(tài)的概率。對于含有多個獨(dú)立分散的原件的保護(hù)系統(tǒng)，其中元件之間的維修狀態(tài)也是具有獨(dú)立性的，例如，可以將元件 1 的正確動作的概率記為 p1，將元件 2 的正確動作的概率記為 p2，根據(jù)改路 的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算即可。2.2、分析應(yīng)用2.2.1、主變保護(hù)的可靠性分析在主變保護(hù)的組網(wǎng)方案之中，主變保護(hù)和智能終端的合并單元就是依靠組網(wǎng)的方式進(jìn)行連接，通過保護(hù) goose 的網(wǎng)絡(luò)信息采集對傳輸跳閘發(fā)出指令，通過采用 sv 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟芍禈有畔ψ冸娬镜闹髯儔浩鬟M(jìn)

7、行保護(hù)。通過采用保護(hù)控測一體裝置可以充分發(fā)揮智能變電站的智能化系統(tǒng)，保護(hù)裝置一般包含保護(hù) cpu 和測控 cpu 兩種，保護(hù)啟動判斷的輔助依據(jù)就是測控采樣，還可以從整體上保護(hù)可靠性。通過最小路集法可以得出主電保護(hù)的不可用度為 1-a=8.881210-93。2.2.2、線路保護(hù)的可靠性分析數(shù)字化線路的保護(hù)裝置的開關(guān)量和模擬量是以光纖通過太網(wǎng)獲取的，采樣值的光纖接口和開關(guān)輸入量的光纖接口是獨(dú)立的設(shè)置，跳閘輸出和開關(guān)量的接口通常是一個，數(shù)字化線路的保護(hù)可以通過線路兩端和傳統(tǒng)的線路保護(hù)進(jìn)行配合，完成縱差保護(hù)。通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護(hù)的不可用度為 1-a=4.949210-9。2.2

8、.3、母線保護(hù)的可靠性分析母線保護(hù)的組網(wǎng)模式中，智能終端可以將刀閘位置的信息傳遞到母差保護(hù)裝置上，利用采樣值組網(wǎng)和 goose 網(wǎng)絡(luò)將間隔合并單元的數(shù)據(jù)傳遞給母差保護(hù)裝置上，通過相關(guān)的協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn) sv 網(wǎng)絡(luò)采樣信息。通過最小路集法和不交化算法可以得出線路保護(hù)的不可用度為 1-a=9.972010-8。3、提升可靠性的措施3.1、太網(wǎng)冗余法3.1.1、太網(wǎng)的控制要求在 ieee802.3x 全雙工模式下，通過交換機(jī)發(fā)出指令使數(shù)據(jù)源暫停發(fā)送， 再利用控制數(shù)據(jù)的輸入端和輸出端進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的傳遞可以避免數(shù)據(jù)丟 失。ieee802.1p 優(yōu)先排隊技術(shù)可以使網(wǎng)絡(luò)在擁堵的情況下，數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先 傳輸。ie

9、ee802.1q 虛擬局域網(wǎng)技術(shù)，可以將 ied 劃分到虛擬局域網(wǎng)之中。 ieee802.1w 快速生成樹協(xié)議不像從前的 ieee802.1d 生成樹協(xié)議需要大約 一分鐘的時間才能重新將發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架定義，這種快速生成樹協(xié)議 可以將時間大大縮減。最后的要求是診聽過濾技術(shù)，它允許對 goose 信息 幀進(jìn)行過濾，然后將信息傳遞給 ied。3.1.2、網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架（1）總線結(jié)構(gòu)?？偩€結(jié)構(gòu)中的交換機(jī)通過端口與其它的交換機(jī)相連， 上端口的速度一般比 ied 端口的速度快，系統(tǒng)的最大延時決定了交換機(jī)的 最大數(shù)量，這種結(jié)構(gòu)的接線較少但是冗余度差。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu) 的交換機(jī)可以形成閉環(huán)，對于連接點(diǎn)

10、的故障可以提供足夠的冗余度，信息 在傳遞過程中會消耗寬代，應(yīng)用的內(nèi)部具有管理交換機(jī)，生成樹可以發(fā)出 指令，交換機(jī)便檢測環(huán)路，信息在環(huán)路中就不會流動。（3）星型結(jié)構(gòu)。星 型結(jié)構(gòu)具有等待的時長較短的特點(diǎn)，主交換機(jī)在連接其他交換機(jī)的時候系 統(tǒng)的等待時間會減少，但是星型結(jié)構(gòu)沒有冗余度，在發(fā)生故障時就會產(chǎn)生 遺失所有的 ied 信息，從而降低可靠性。3.2、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)法之中，刀鬧位置信信息經(jīng)由各間隔智能終端提供， 然后通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到母差保護(hù)裝置。根據(jù)采樣值組網(wǎng)方式，各間隔 合并單元的數(shù)據(jù)同樣傳輸?shù)侥覆畋Ｗo(hù)的裝置上。母差保護(hù)動作的出口信息， 發(fā)送給各間隔智能終端之后，母差保護(hù)裝置的容量會受到限制，主要原因 是網(wǎng)絡(luò)報文流量的大小不定。有的時候，過程層的交換機(jī)會承擔(dān)較大量的 報文，單臺的交換機(jī)接入的單元信息數(shù)量嚴(yán)重超出就會導(dǎo)致其可靠性較低。 為了解決這個問題，可以將裝置或者交換機(jī)的光纖口進(jìn)行設(shè)置。單口同時 接入的合并單元數(shù)量不應(yīng)該過度，使用多交換機(jī)分擔(dān)帶寬的方法可以接收 更多的間隔采樣，采用千兆的交換機(jī)這種方法也可以。4、結(jié)束語通過研究可以發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)站的繼電保護(hù)系統(tǒng)有所不同的是，智能變 電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性有下降趨勢，智能變電站的線路保護(hù)和主變 保護(hù)問題，可以采用直采直跳的模式，在采用對時源時，不可采用外部對 時源，通過詳細(xì)的分析得出智能