论文部分内容阅读
[摘 要]本文首先从智能变电站继电保护理论出发展开论述，然后分析了智能变电站继电保护系统的组成，最后对浅析智能变电站的继电保护的可靠性进行了分析。
[关键词]智能变电站 继电保护 可靠性
中图分类号：TM58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0049-01
1 智能变电站继电保护概论
随着无人值守变电站和调控一体化技术的发展，实现各级调度技术支持系统有机互联互通，继电保护装置要具备全面的与调控中心的交互能力，保护装置应支持远方修改定值、远方切换定值区、在线定值校核、二次设备状态监测等功能。保障电网安全、稳定、经济、优质运行。实现电网基础数据的“统一建模、分层处理、集成应用”，为电网的分析、预警、辅助决策和调整控制提供了坚强的数据支撑。集控站或调度中心将汇集几十个乃至上百个变电站信息，各种信号频繁动作，当发生电网故障时，监控值班人员/调度运行人员往往无所适从，容易遗漏重要告警信号，延误事故处理甚至造成安全事故。因此，迫切需要对报警信息进行分类处理，协助运行人员进行故障判断及处理。
2 智能变电站继电保护系统的组成
2.1 电子式互感器
光电子、数字信号处理技术的发展促进了数字化的电气量测系统，并应用于变电站的数据采集之中。传统的互感器多为电磁结构，电子式互感器依据是否需要向传感头提供电源，将其分为有源型和无源型两类，前者体积小，重量轻，可减少变电站的占地面积。电子式互感器没有因采用油绝缘，杜绝了火灾、爆炸等危险。非常规互感器可以提供数字量输出，促进二次设备的系统集成，加速整个变电站的数字化智能化，适应了电力计量和保护数字化、智能化的发展。
2.2 合并单元
合并单元是间隔层功能下放到过程层中的产物，是随着电子式互感器而产生的。是智能变电站保护系统中的重要环节，它能避免了互感器与保护装置之间复杂的接线工作，降低人力和物力成本，实现二次设备之间的数据共享。合并单元将电子式互感器传来的采样信息进行组合，在加入统一的时间标签后，以特定的数据格式将采样信息传递至保护装置，通过程层采样值传输技术实现。
2.3 交换机
交换机为核心设备的以太网络代替了传统保护系统以电缆接线为主信息传输通道，是智能变电站继电保护系统信息流上一个重要环节，成为了智能变电站的关键。在数据传输过程中，交换机的主要功能能建立可靠的信息通道，控制网络流量以便于数据巾贞有效的交换，此外通过地址学习的过程构造和维护交换地址表，以便管理交换操作，保证局域网内信息的有效传递。交换机就是智能变电站的中枢神经，是通信网络的核心设备之一。网络交换技术是开放式系统互联模型（Open System Internetwork）中的第二层-数据链路层上的技术。
2.4 智能终端
非常规互感器的出现以及计算机的发展，使得对于断路器设备内部电、磁、温度、机械、机构动作状态监测已经成为可能，通过收集分析检测数据，判断断路器设备运行状况及趋势，安排检修和维护时间，实现设备的“状态检修”，代替传统的定期检查试验和预防性试验。而为了满足对断路器的实时“状态检修”和智能化控制，智能终端便随之而产生了。智能终端作为一次设备侧的智能组件，主要功能是：一方面接收从保护装置传来的跳和阐命令，用以对断路器进行 断控制；另一方面是将断路器的实时信息上传至测控装置或站控层，使得远方工程师站实时接收到断路器的运行状态。
2.5 同步时钟
同步时钟技术在基于IEC61850的智能变电站中占有重要的地位，能够为事件顺序记录、故障录波以及事后数据分析等方面提供精确的时间基准，为变电站控制中心提供准确的操作判据。智能变电站中信息是通过网络通信的方式传送，只有统一的时序和时钟基准才能保证准确性、可靠性和有效性。另外，同步始终能描述电网暂态过程的电流电压波形、断路器变位、保护装置动作等各种事件发生的时间序列，在电网运行或事故分析提供依据。
3 可靠性分析
3.1 可靠性原理
可靠度是系统和元件在规定的条件和时间内，完成规定功能的概率。系统的平均失效时间MTTF是系统在规定的环境下正常运行到下一次发生故障的平均时间。可用性是指系统或设备其在任何时刻执行所规定的功能的能力。可用度是用来表示可修复的系统或设备处于正常工作的稳态概率，当系统出现故障时产生的一个维修系统来恢复系统的功能。
3.2 分析方法
1）蒙特卡罗模拟法是利用计算机产生随机数对元件的失效事件进行抽样，构成系统失效事件集，利用统计的方式确定可靠性指标的一类方法。当系统中结构复杂或者包含的元件过多，使用马尔柯夫过程分析将导致状态空间模型变得庞大，涉及的运算量加大而失去求解的可能，不适用于智能变电站继电保护系统建模。
2）可靠性框图法（Reliability Block Diagram， RED）的其结构简单，可以清楚的看出系统组成元件之间的逻辑关系，运算过程简单。可靠性框图法适合于由相互独立且可修复单元组成的系统。可靠性框图与实物连接图的含义不同，可靠性框图是以元件失效影响的分析为基础。运用可靠性框图法，建立保护系统的可靠性评价模可靠性框图法是用连续的网络结构框图来描述系统所完成功能的一种方法，主要体现了所完成特定系统功能的所有单元之间的逻辑连接，其逻辑过程开始于框图左侧的输入节点，结束于框图右侧的输出节点。
3.3 可靠性计算
1）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GOOSE双网，通过GOOSE网络采集 关量信息以及传输跳闸命令；采用IEC61850-9-2协议，通过SV网络传输采样值信息。在智能变电站中主变压器保护，逐渐采用保护测控一体装置以充分发挥智能变电站在应用层面的“智能化”。保护装置采用保护CPU和测控CPU分别完成相应的功能，测控采样作为保护启动判别的辅助判据以提高保护整体的可靠性。
2）线路保护的组网方案。数字化线路保护装置模拟量均通过光纤以太网通信获得，采样光纤接口为SV接口，和开关输入量的光纤接口为GOOSE 口。跳闸输出和开关量输入的共用一个GOOSE 口，对应为GOOSE输出及GOOSE输入无需分开。数字化线路保护不仅可以满足线路两端都是数字化站的情况，也能与传统线路保护配合，共同完成光纤纵差保护功能。
3）母线保护组网模式是指各间隔智能终端提供刀闹位置等遥信通过GOOSE网络上送到母差保护装置。母差保护动作出口的GOOSE通过GOOSE网络发送给各间隔智能终端。保护与合并单元釆用组网的方式连接，采用IEC61850-9-2协议，通过SV网络釆集采样值信息。
4 结语
随着经济的发展，生产生活对电力系统的出了规模、电压等级不断提高，对电网安全经济运行和供电质量的要求也在不断提高。必须在实际工作中做好智能变电站的继电保护，确保供电的安全稳定。
参考文献
[1] 张雪松，王超，程晓东.基于马尔可夫状态空间法的超高压电网继电保护系统可靠性分析模型[J].电网技术，2008，32（13）：94-99.
[2] 罗泳，李永丽，李仲青，等.考虑隐性故障的继电保护系统可靠性分析及评估[J].电力系统保护与控制，2014，42（1）：84-89.
[3] 王钢，丁茂生，李晓华，等.数字继电保护装置可靠性研究[J].中国电机工程学报，2004，24（7）：47-52.
[关键词]智能变电站 继电保护 可靠性
中图分类号：TM58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0049-01
1 智能变电站继电保护概论
随着无人值守变电站和调控一体化技术的发展，实现各级调度技术支持系统有机互联互通，继电保护装置要具备全面的与调控中心的交互能力，保护装置应支持远方修改定值、远方切换定值区、在线定值校核、二次设备状态监测等功能。保障电网安全、稳定、经济、优质运行。实现电网基础数据的“统一建模、分层处理、集成应用”，为电网的分析、预警、辅助决策和调整控制提供了坚强的数据支撑。集控站或调度中心将汇集几十个乃至上百个变电站信息，各种信号频繁动作，当发生电网故障时，监控值班人员/调度运行人员往往无所适从，容易遗漏重要告警信号，延误事故处理甚至造成安全事故。因此，迫切需要对报警信息进行分类处理，协助运行人员进行故障判断及处理。
2 智能变电站继电保护系统的组成
2.1 电子式互感器
光电子、数字信号处理技术的发展促进了数字化的电气量测系统，并应用于变电站的数据采集之中。传统的互感器多为电磁结构，电子式互感器依据是否需要向传感头提供电源，将其分为有源型和无源型两类，前者体积小，重量轻，可减少变电站的占地面积。电子式互感器没有因采用油绝缘，杜绝了火灾、爆炸等危险。非常规互感器可以提供数字量输出，促进二次设备的系统集成，加速整个变电站的数字化智能化，适应了电力计量和保护数字化、智能化的发展。
2.2 合并单元
合并单元是间隔层功能下放到过程层中的产物，是随着电子式互感器而产生的。是智能变电站保护系统中的重要环节，它能避免了互感器与保护装置之间复杂的接线工作，降低人力和物力成本，实现二次设备之间的数据共享。合并单元将电子式互感器传来的采样信息进行组合，在加入统一的时间标签后，以特定的数据格式将采样信息传递至保护装置，通过程层采样值传输技术实现。
2.3 交换机
交换机为核心设备的以太网络代替了传统保护系统以电缆接线为主信息传输通道，是智能变电站继电保护系统信息流上一个重要环节，成为了智能变电站的关键。在数据传输过程中，交换机的主要功能能建立可靠的信息通道，控制网络流量以便于数据巾贞有效的交换，此外通过地址学习的过程构造和维护交换地址表，以便管理交换操作，保证局域网内信息的有效传递。交换机就是智能变电站的中枢神经，是通信网络的核心设备之一。网络交换技术是开放式系统互联模型（Open System Internetwork）中的第二层-数据链路层上的技术。
2.4 智能终端
非常规互感器的出现以及计算机的发展，使得对于断路器设备内部电、磁、温度、机械、机构动作状态监测已经成为可能，通过收集分析检测数据，判断断路器设备运行状况及趋势，安排检修和维护时间，实现设备的“状态检修”，代替传统的定期检查试验和预防性试验。而为了满足对断路器的实时“状态检修”和智能化控制，智能终端便随之而产生了。智能终端作为一次设备侧的智能组件，主要功能是：一方面接收从保护装置传来的跳和阐命令，用以对断路器进行 断控制；另一方面是将断路器的实时信息上传至测控装置或站控层，使得远方工程师站实时接收到断路器的运行状态。
2.5 同步时钟
同步时钟技术在基于IEC61850的智能变电站中占有重要的地位，能够为事件顺序记录、故障录波以及事后数据分析等方面提供精确的时间基准，为变电站控制中心提供准确的操作判据。智能变电站中信息是通过网络通信的方式传送，只有统一的时序和时钟基准才能保证准确性、可靠性和有效性。另外，同步始终能描述电网暂态过程的电流电压波形、断路器变位、保护装置动作等各种事件发生的时间序列，在电网运行或事故分析提供依据。
3 可靠性分析
3.1 可靠性原理
可靠度是系统和元件在规定的条件和时间内，完成规定功能的概率。系统的平均失效时间MTTF是系统在规定的环境下正常运行到下一次发生故障的平均时间。可用性是指系统或设备其在任何时刻执行所规定的功能的能力。可用度是用来表示可修复的系统或设备处于正常工作的稳态概率，当系统出现故障时产生的一个维修系统来恢复系统的功能。
3.2 分析方法
1）蒙特卡罗模拟法是利用计算机产生随机数对元件的失效事件进行抽样，构成系统失效事件集，利用统计的方式确定可靠性指标的一类方法。当系统中结构复杂或者包含的元件过多，使用马尔柯夫过程分析将导致状态空间模型变得庞大，涉及的运算量加大而失去求解的可能，不适用于智能变电站继电保护系统建模。
2）可靠性框图法（Reliability Block Diagram， RED）的其结构简单，可以清楚的看出系统组成元件之间的逻辑关系，运算过程简单。可靠性框图法适合于由相互独立且可修复单元组成的系统。可靠性框图与实物连接图的含义不同，可靠性框图是以元件失效影响的分析为基础。运用可靠性框图法，建立保护系统的可靠性评价模可靠性框图法是用连续的网络结构框图来描述系统所完成功能的一种方法，主要体现了所完成特定系统功能的所有单元之间的逻辑连接，其逻辑过程开始于框图左侧的输入节点，结束于框图右侧的输出节点。
3.3 可靠性计算
1）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GOOSE双网，通过GOOSE网络采集 关量信息以及传输跳闸命令；采用IEC61850-9-2协议，通过SV网络传输采样值信息。在智能变电站中主变压器保护，逐渐采用保护测控一体装置以充分发挥智能变电站在应用层面的“智能化”。保护装置采用保护CPU和测控CPU分别完成相应的功能，测控采样作为保护启动判别的辅助判据以提高保护整体的可靠性。
2）线路保护的组网方案。数字化线路保护装置模拟量均通过光纤以太网通信获得，采样光纤接口为SV接口，和开关输入量的光纤接口为GOOSE 口。跳闸输出和开关量输入的共用一个GOOSE 口，对应为GOOSE输出及GOOSE输入无需分开。数字化线路保护不仅可以满足线路两端都是数字化站的情况，也能与传统线路保护配合，共同完成光纤纵差保护功能。
3）母线保护组网模式是指各间隔智能终端提供刀闹位置等遥信通过GOOSE网络上送到母差保护装置。母差保护动作出口的GOOSE通过GOOSE网络发送给各间隔智能终端。保护与合并单元釆用组网的方式连接，采用IEC61850-9-2协议，通过SV网络釆集采样值信息。
4 结语
随着经济的发展，生产生活对电力系统的出了规模、电压等级不断提高，对电网安全经济运行和供电质量的要求也在不断提高。必须在实际工作中做好智能变电站的继电保护，确保供电的安全稳定。
参考文献
[1] 张雪松，王超，程晓东.基于马尔可夫状态空间法的超高压电网继电保护系统可靠性分析模型[J].电网技术，2008，32（13）：94-99.
[2] 罗泳，李永丽，李仲青，等.考虑隐性故障的继电保护系统可靠性分析及评估[J].电力系统保护与控制，2014，42（1）：84-89.
[3] 王钢，丁茂生，李晓华，等.数字继电保护装置可靠性研究[J].中国电机工程学报，2004，24（7）：47-52.