摘要：智能变电站继电保护安全稳定运行对于智能变电站的运行稳定性有着重要的影响，和传统的变电站相比，智能变电站不论是从继电保护系统内容，还是系统结构上都有很大的区别，本文对于智能变电站继电保护系统可靠性的分析首先从其系统结构构成入手，然后继电保护系统可靠性做了进一步分析。
关键词：智能变电站；继电保护系统；可靠性
继电保护系统主要是通过感应变电站各个设备的运行情况，分析其运行参数，一旦某个设备发生故障，就会反应在所传输到继电保护系统的数据当中，继电保护系统就能够自动断开故障设备，停止其运行，同时不对其它设备造成影响。较为可靠的继电保护系统对变电站设备状态的变化具有高度的敏感性，能够对各个元件实施有效保护。在下文当中，笔者将对智能变电站继电保护系统的可靠性进行分析，帮助人们提升继电保护系统的稳定性，保持智能变电站的平稳运行。
1.继电保护可靠性原理
对继电保护来讲，其可靠性的保护是对系统中的元件系统进行保护，并在一定的环境、时间内，使得其中的元件能够无故障的完成电力运行的要求。对继电保护的故障保护中，主要分为两种故障，一种是可以修复的故障，一种则是不可以修复的。衡量元件的可靠性的指标，通常采用以下三类：
第一，可靠度。该指标同时被认为是系统及其元件在规定的时间内完成规定功率的概率，而这个可靠性的指标也通常被认为是考虑衡量其可靠性的主要指标之一。
第二，可用性。该指标只要衡量系统是否可以在规定的时间以内完成规定的功能，换句话说，就是系统能够进行快速的自我修复的能力，从而使得系统具备较高的可靠性。
第三，平均失效时间。该指标通常表示系统在规定的时间内保持稳定运行，直到下次故障出现的平均时间。通过该指标，通常可以反映出一个系统保持可靠性的平均时间，进而为系统的检修等提供借鉴参考。
2.智能变电站继电保护系统结构
2.1概述
本研究遵循220kV智能变电站通用设计[8]：采用常规互感器加合并单元实现交流一次信息的采集；通过常规断路器加智能终端的方式实现一次设备智能化；220kV母线按双母线设计，考虑4回出线、2回变压器支路，电压采用母线PT；过程层SV和GOOSE网络按星型组网，且冗余配置；交换机按间隔配置，考虑跨多间隔的母线保护接入单元数量较多，增加中心交换机；与此同时，组网模式下按SV、GOOSE是否共网传输分别考虑；220kV保护装置均按双重化配置考虑。对于“直采”模式，相关规范明确了保护装置不依赖外部对时系统完成保护功能，在可靠性评估和灵敏度分析过程中均不考虑同步时钟源的影响；对于“网采”模式，为符合工程实际，计及同步时钟源的影响，且采用IEEE1588全站集中对时方式。以下针对不同采样、跳闸方式，按上述原则建立220kV智能变电站各类型保护的典型结构。
2.2“直采直跳”模式
该模式主要包含主变保护系统、母线和线路三种不同的结构，其中的保护设备采样和跳闸是通过光纤直接进行连接来实现的，并且主要用来保护功能相关的光纤链路或者是支路。
2.3“网采直跳”模式
该模式主要包括SV和GOOSE独立组网示意图，也包含共网模式。
2.4“直采网跳”模式
该模式主要是对保护设备进行直接采样，而其跳闸则通过GOOSE网络来实现。
2.5“网采网跳”模式
该模式的跳闸和采样都可以通过网络的方式来实现，并且根据SV和GOOSE两组网络是否共网来进行综合考虑。
3.继电保护系统的可靠性计算方法
3.1系统可靠性一般计算方法
现代智能变电站的继电保护系统一般是由多个子系统或者元件组成，所以，其中任何一个元件或者子系统的性能发生故障，都会影响系统的保护作用。继电保护系统的元件、子系统间采取串联方式，其可靠性的计算公式为：
公式中，Rsys代表整个继电保护系统的可靠性，m表示组成系统元件或者子系统的数量，Rj代表第j个子系统或者元件自身的可靠性。在设计继电保护系统时，为了提升系统的可靠性，一般会设置备用元件或者备用系统，因此，单一的元件或者子系统故障并不会引发系统性能的失效，会由备用或冗余配置作为替补继续维持继电保护系统的运行。这种情况下，系统各个元件或是子系统间则是并联关系，此时系统的总稳定性计算方式为：
由于继电保护系统的结构较为复杂，因此，实际的元件或子系统的状态关系与理论上的并联和串联是存在差异的，那么，只有在必要回路没有故障且处于联通状态下，继电保护系统才能发挥自身的性能。对于复杂的继电保护系统其可靠性计算方法一般采取最小路集法。任意路径的可靠性计算公式为：
3.2智能变电站继电保护系统可靠性计算
对于智能变电站继电保护系统可靠性的计算是建立在上面提到的可靠性计算一般方法基础上的，首先需要将智能变电站继电保护系统中的传输介质看作是线段，每一个系统元件看作是不同节点，然后将这些线段和节点作为一格连通的系统按照最小路集法来对系统可靠性进行计算。
（1）对于系统对时回路进行可靠性计算，对于这方面可靠性的计算必须参照相关元件的可靠性来进行，如合并单元、智能终端以及其他的保护元件，然后加入同步时钟源来对之前的一般计算公式进行调整，最后根据调整之后的计算公式来计算合并单元、保护单元以及其他智能模块的可靠度，同时还可以计算出同步时钟源对应设备在不同最下路径状态下的连通概率。
（2）按照SV回路以及GOOSE回路来计算可靠性，和对时回路可靠性计算相比，两者最大的区别就是不同介入同步时钟源，同时需要考虑和计算互感器以及其他保护单元和断路器之间的最小路径。
再者综合以上两种类型的可靠性计算，当继电保护全套系统都处于正常运行状态的情况下，那么系统势必要求SV回路以及GOOSE回路可以同时的处于正常工作状态，两个回路之间是一种串联关系，对于这种情况的系统可靠性计算应该SV回路以及GOOSE回路可靠性分析来进行；对于继电保护系统单元冗余配置的状况，首先需要计算出每一个保护单元对应状态下的SV回路以及GOOSE回路可靠性，保护系统需要按照并联关系来进行可靠性分析。
4.提高智能变电站继电保护系统可靠性的具体对策
4.1做好过程层中的继电保护在这个阶段，应该实现迅速跳闸这一系统功能，且对变电站中的母线、变压器、输电线路等电器设备进行全方位的保护，从而将电力系统的实际运行风险降至最低，给予电力调度系统必要的保护。而在保护功能的把握上应该尽可能的简化系统保护设备与系统保护装置。通常而言，当主保护定值中存在较小的波动性时，电力系统在具体运行过程中发生相应变化之后，继电保护不会发生改变，这正是继电保护系统稳定性的重要体现。
4.2变压器配置保护
变电站的配电环节要求限定电压的额度，如果电压出现不足或者是过载的状况势必会影响到整个系统的安全稳定运行，而变压器的存在主要就是承担调节电压的功能，同时也是智能变电站继电保护系统最为重要的保护环节，变压器系统稳定运行是继电保护系统功能实现的重要环节，所以在提升继电保护系统可靠性和稳定性的过程中，尤其是对变压器开展配电保护环节需要进行分布式配置，进而实现差动功能保护，而对于后背装置的保护需要按照集中配置方法来进行系统调节，进而满足系统安全可靠运行。
4.3增强环形结构母线的可靠性
正是因为环形结构本身就是极具可靠性的结构，所以，将环形结构运用到母线保护装置之中对确保继电保护系统可靠性有着十分重要的作用。所以，在智能变电站继电保护系统中应该做好环节结构的应用且进一步增强环形结构母线保护的可靠性。通过分析并采取最小路节点历法计算可知，传统结构的母线保护可靠性较低，环形网络结构母线保护可靠性能够满足继电保护系统可靠性要求，各项指标有明显提升，另外，环形结构对元件损害较小，能够大大提高继电系统安全、可靠性。在变电站继电保护系统母线保护装置中融入环形结构能够实现继电保护系统可靠运行的目标。
结论
总的来说，相较于传统长队的继电保护，智能变电站对于系统可靠性的要求更高，所有要通过对不同系统状况的分析，科学合理的制定有针对性的系统可靠性保护和配置方案，重视薄弱环节和容易出现问题的位置，同时还要对重点位置进行系统保护，以此来提升继电保护系统可靠性。
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[4]高保泰.关于智能变电站继电保护系统可靠性的探讨[J].科技展望，2016，26（24）：123.
论文作者:关德旋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：系统论文; 可靠性论文; 继电保护论文; 变电站论文; 智能论文; 母线论文; 元件论文; 《基层建设》2019年第15期论文;