智能变电站继电保护失效机理与薄弱环节研究

智能变电站继电保护失效机理与薄弱环节研究

达洛

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摘要：随着科学技术的快速发展，自动化技术在变电站中也得到了广泛的应用。智能变电站是未来变电站发展的必然趋势，而变电站作为电网系统不可或缺的组成部分，对系统的稳定运行及电能的稳定供应有着重要的影响。继电保护是智能变电站运行过程中的重要工作内容，虽然目前已引起人们的注意，但还存在很多问题。
　　关键词：智能变电站;继电保护;优化改进;策略探讨
　　智能变电站是智能电网的重要基础，其运行过程的稳定程度在很大程度上影响着电网的质量。而继电保护系统是智能变电站的重要组成部分，其运行的可靠性和稳定性又将在很大程度上决定智能变电站运行的稳定性。在这种情况下，如何保障继电保护系统的可靠性，成为了相关单位及各部门所面临的重要问题。
　　1智能变电站的特点
　　智能变电站主要有以下几个方面的特点：①以通信平台网络化、信息共享标准化以及全站信息数字化为基本要求;②具有智能调节、电网实时自动控制、协同互动以及在线分析决策等功能;③可靠性高：高度的可靠性是智能变电站的基本要求之一，智能变电站是一个完整的系统，当某一个部分或是某一个设施出现故障，整个系统的运行也会受到影响，因此智能变电站内的所有设备都具有高度的可靠性，从而为系统的正常、稳定运行提供保障;④交互性良好：智能变电站在完成信息的采集和分析后，不仅能将这些信息在内部进行共享，而且还能在更高级的系统之间进行互动。

　2关于继电保护
　　2.1继电保护的概念
　　继电保护是通过检测电力系统中发生的异常情况或是故障，从而发出报警信号，或是将故障进行切除或隔离。由于这一过程中会使用一些有触点的继电器对电力系统或相关元件（如发电机、变压器及输电线路等）进行保护，从而避免其被损坏，因此称为继电保护。继电保护装置一般是由测量元件、逻辑环节以及执行输出等三个部分组成，且其在技术上应满足选择性、速动性、灵敏性及可靠性，从而更好的实现继电保护功能。
　　2.2继电保护的基本原理
　　继电保护装置的功能一般要根据电力系统发生故障前后的电气物理量的变化来通过相应的原理实现。在实际的电力系统运行过程中，电力系统发生故障后，其前后电气物理量的变化有———电流增大、电压降低、测量阻抗发生变化以及电流和电压之间的相位角发生改变等。根据这些变化，继电保护装置会构成各种原理的继电保护，如母线继电保护、变压器继电保护、发电机继电保护等。

3智能变电站继电保护的挑战与优势
　　 继电保护是保障变电站安全可靠运行的最后一道屏障。智能变电站中新技术的应用给继电保护的安全可靠运行带了更多新挑战与问题[2]。
　　 新技术的应用必然会导致新的风险点产生，对风险点认知不足会给变电站安全稳定运行带来极大隐患。
　　 相较于传统站，智能站内设备众多，二次虚回路联系密切而且无法直视，给运检人员带来了更多挑战。
　　 但是另一方面智能站相较于傳统变电站又具有很多优势[2]：
　　 （1）站内智能电子设备之间实现了数据共享，集成度更高，更有利于对设备状态与继电保护状态的监测;
　　 （2）全站基于IEC-61850-2标准建模，具有高度的一致性，有望实现在线运检;
　　 （3）利用软压板来代替了硬压板，安全隔离措施更加完善也更便于实现;
　　 （4）可实现对二次回路的实时监测。
　　 为了更好利用智能变电站的这些优势，需要解决此前的问题，保证智能变电站继电保护的安全可靠稳定运行。因此，研究智能变电站继电保护失效机理以及薄弱环节具有极高的现实意义。
　　4 继电保护失效机理探讨
　　 此前的研究简单的将继电保护失效的原因归结于元器件故障或者装置内部模块的故障[4]。除此类故障外，最主要的就是信息交互失效导致的继电保护失效。针对信息交互失效导致继电保护出现运行失效的六类失效现象，从设计阶段、施工阶段以及运检阶段分析其原因：
　　 （1）过程层网络失效：过程层网络在保护中占有极其重要的地位，需要谨慎对待。在设计阶段中，不存在导致过程层网络失效的原因;在施工阶段，由于搭建网络存在问题、配置错误或者性能测试不齐全均可会留下导致过程层网络失效的隐患;在运检阶段，交换机故障、通讯参数配置错误、光纤连接错误或者网络攻击均可能导致过程层网络失效。
　　 （2）虚回路失效：虚端子的连接直接关系了保护是否能正确动作。一般虚端子完成后就不会再修改。在设计阶段中，设计院虚端子模型配置错误或者虚端子连接设计错误都有可能存在;在施工阶段，厂家连接错误的虚端子或者CID文件生成错误都导致虚回路失效。
　　 （3）软压板失效：智能站内软压板替代了原有的硬压板，软压板的投入正确直接关乎着保护是否能正确动作。在设计阶段中，不存在导致软压板失效的原因;在施工阶段，由于软压板功能调试不全面、定值错误或者最后压板定值核对出错均可会导致软压板失效;在运检阶段，安措制定遗漏、错投退软压板均可能导致软压板失效。

　　 （4）检修机制失效：检修压板的存在给信息的传递设置了一道“闸门”，只有同样投入检修压板的设备才能互相交互信息;在设计阶段中，不存在导致检修机制失效的原因;在施工阶段，由于检修压板状态与所发报文检修位核对失败会导致检修机制失效;在运检阶段，交换机故障、通讯参数配置错误、光纤连接错误或者网络攻击均可能导致过程层网络失效。
　　 （5）“报文有效性判断”功能失效：报文有效性判断决定了保护装置是否会使用该报文，一般而言只会在施工阶段出现问题导致其失效。仅在施工阶段，由于对“报文有效性判断”没有进行充分测试才会留下导致“报文有效性判断”功能失效的隐患。
　　 （6）信息异常：一般信息异常主要是采样不同步、装置对时参数或者额定延时的影响。仅在运检阶段，出现双AD采样不一致、报文乱序或者失步报文等信息异常会导致继电保护失效。
　　5 智能站继电保护薄弱环节研究
　　 将信息交互失败现象分为两类，第一类是信息交互失败，第二类是期望外信息交互[5]，针对这两类分析失效机制影响中间的薄弱环节。
　　 信息交互失败现象中，按影响程度排名：（1）过程层网络失效的影响因素无疑是最严重的;（2）装置的同步对时出现问题的影响相对较大;（3）虚回路失效的影响也相对较大;（4）软压板的误操作影响适中;（5）“报文有效性判断”功能失效和检修机制失效的影响较小。过程层网络、虚回路以及安措的布置与恢复是导致继电保护信息交互失败的薄弱环节。
　　 期望外信息交互现象中，按影响程度排名：（1）虚回路失效与软压板失效的影响因素无疑是最严重的;（2）“报文有效性判断”功能失效的影响相对较大;（3）检修机制失效的影响相对适中;（4）软压板的误操作影响适中;（5）过程层网络失、安措执行与恢复与装置对时失败的影响较小。虚回路、报文的质量以及安措的布置与恢复是导致继电保护期望外信息交互的薄弱环节。
　　6 结论
　　 本文探讨了智能变电站继电保护的挑战与优势，研究了智能变电站继电保护的失效因素及其机理，确定了智能站继电保护中存在的薄弱环节，有助于运检人员针对薄弱环节重点把控，提升继电保护可靠性，保障电网安全稳定运行。
　　参考文献：
　　[1]王晓斌.智能变电站要点及其运行维护[J].科技经济导刊，2018，26（32）：83.
　　[2]樊懋，肖龙涛.智能变电站继电保护及自动化系统[J].科技风，2018（35）：199.
　　[3]温乐.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].化工管理，2018（35）：241.
　　[4]陈水耀.继电保护失效检测及检修策略研究[D].北京：华北电力大学，2016（05）.
　　[5]龙翩翩.智能变电站继电保护失效模型与在线运检方法研究[D].华南理工大学，2017.