基于数字化变电站继电保护系统的分析

吴盾

[摘  要]随着社会经济的迅猛发展，科学技术水平也不断提高，在这样的大前提下，变电站继电保护系统建设也越来越趋向数字化、智能化、网络化，与传统保护系统相比较，数字化的保护系统增加了许多新的元素，其稳定可靠性也变得不那么明确。基于继电保护系统在变电站中的重要作用，有必要针对其可靠性进行分析研究。

[关键词]数字化;变电站;继电保护系统;可靠性

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0133-01

智能电网随着计算机技术、数字通信技术、自动化技术等多种现代化技术的发展以及与电力技术的融合应运而生，并且以其经济、安全、高效、节能、环保等优点夺得世界范围的眼球，各界人士对其的认可和青睐自不必说。虽然数字化保护具有一系列常规继电保护所没有的优点，但是因为其发展历程较短，在可靠性方面自然有进一步改进和提高的空间。本文结合数字化变电站继电保护系统的实际情况，通过硬件及软件的技术措施来提高继电保护系统的可靠性。

1 数字化继电保护系统可靠性研究现状

科学技术的飞快发展，使得可靠性技术得到了广泛的应用。如今的精细化工、火箭发射、定位系统、电气工程等领域中已离不开可靠性技术的支持。随着电力系统的普及，继电保护技术的要求也越来越高。继电保护作为保障电力系统正常运行的第一道安全线，其可靠性的研究显得十分重要。继电保护技术的改良与升级，使得电力系统的发展开创了一个全新局面。通过建立科学的三维模型和分析继电保护的技术要求，已成为当下一种评估继电保护可靠性的重要方法，同时也促进了继电保护方案的进一步完善。

近年来，国内外大量优秀学者在继电保护方面进行了大量研究，其中包括继电保护方案的可靠性和判断其指标的正确方法，促进了继电保护装置在材料选取、元件构造、系统传动、检测错误等方面的进一步发展。对于采取的研究方法，大部分学者选择的是最普遍应用的解析法，少数则是选择了故障排除法和状态空间法。其中，解析法不仅方便可行，准确度也是极高，其优势使研究顺利进行，在解决复杂的物理概念，提高精度，计算电力系统的可靠性指标方面起到了关键性作用。

对于研究系统性能和构件结构方面，逻辑类方法显得十分有优势，它具有简明清晰的思路、逻辑性强大缜密，可以十分形象直观的对故障问题进行严密的分析，得到准确的结果，效果非常理想。

根据目前国内的研究现状，电力系统继电保护的可靠性获得了不少可观的科研成果。然而却缺少了评估各项指标的通用标准，使得继电保护装置的选取仍是艰难。因此，在判断指标的通用标准这一方面，仍需进行相关的学术研究，才能从本质上促进继电保护方案的进一步完善。

产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。在继电保护系统中，最初常用的评价标准有正确动作率、平均寿命、平均无故障工作时间等，但这些指标无法预测和估计继电保护可能具有的可靠性，而只能通过以往的数据来对系统可靠性进行一个大致的评价，因此，这些评价标准在继电保护系统的安全建设有一定局限性。现在，系统保护可靠性评估中最常用的方法有以下几种，下面具体分析。

1.1 故障树法

故障树分析又称事故树分析，是安全系统工程中最重要的分析方法。事故树分析从一个可能的事故开始，自上而下、一层层的寻找顶事件的直接原因和间接原因事件，直到基本原因事件，并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来。1961年，美国贝尔电报公司的电话实验室于开发，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。故障树分析法也存在一些缺点。其中主要是构造故障树的多余量相当繁重，难度也较大，对分析人员的要求也较高，因而限制了它的推广和普及。在构造故障树时要运用逻辑运算，在其未被一般分析人员充分掌握的情况下，很容易发生错误和失察。

目前故障树法在电力系统中也有较为广泛的应用，如将其应用于变电站通信系统的可靠性建模，并且可以对其进行定量分析和预测;或采用故障树法构建风险评价指标，然后运用集对分析理论，推导集对故障树计算法则，并建立输变电工程风险评估模型。

1.2 马尔可夫状态空间法

马尔可夫过程是一类随机过程。它的原始模型马尔可夫链，由俄国数学家A.A.马尔可夫于1907年提出。该过程具有如下特性：在已知目前状态 （现在）的条件下，它未来的演变（将来）不依赖于它以往的演变（过去）。因为马尔可夫方程是以状态空间图为基础，因此又可成为马尔可夫状态空间法。

电力系统大部分元件都是可以维修的，并且其寿命和维修时间都服从指数分布，所以在一个固定时间段内，其故障的条件概率是一个常数，如此，便可用平稳马尔可夫过程来分析。

2 继电保护硬件系统可靠性提高措施

与传统继电保护相比，数字化变电站继电保护系统使用了电子式互感器、光纤、交换机等新设备新硬件，因此，可以从硬件系统方面提高继电保护可靠性。

2.1 光缆施工工艺的优化

数字化变电站选择采用光缆连接各个装置，光缆又是比较柔软的材质，若是出现光缆曲应力较大的情况，就会造成数据传输故障，因此，为提高继电保护系统可靠性，可以优化光缆施工工艺。如按照规定将光缆放置在电缆槽盒内部，并注意光缆弯曲度不能超过限值，另外，采用恰当的方法保护柔软的光纤端部。

2.2 接地防护的采用

在电气上使保护插件的箱体、插件、背板相互连接，构成一个等电位体，采用专用接地线将其接到保护柜的专用接地端子，并且接地端子以一定截面的铜线接到专用接地网上，可以提高数字化变电站继电保护系统装置的抗干扰能力。

2.3 除湿防尘的加强

不仅是常规变电站继电保护系统，数字化变电站继电保护系统也会在工作状态时常受到工作环境的影响，因此，为了保证数字化变电站继电保护系统的工作稳定性能，可以采用除湿、防尘等措施。如在安装智能终端的汇控柜采取除湿、防尘、温度控制等有效措施，通过对智能终端的温度、湿度的控制，来保证继电保护系统的正常工作。

3 继电保护软件系统可靠性提高措施

除了硬件系统的优化，软件系统也是继电保护系统的重要部分。以下几种软件技术方法也是提高数字化变电站继电保护系统的有效措施。

3.1 保护算法的优化

电子式互感器也是数字化变电站继电保护系统的重要组成部分之一，因此，提高其可靠性也有助于保护系统整体可靠性的提高。提高电子式互感器可靠性的方法有针对电子式互感器不饱和、线性度好、频带宽的特点，保护装置可优化相关算法。

3.2 差值补偿校正的使用

在数据信息收集过程中，由于是异步收集，所以常常会出现频谱遗失的现象，而这对这一现象，可在原有差值算法的基础上，提出差值补偿校正法，即采用加窗差值的频谱对数字信息及初始信息进行评估，保证能够恢复在数据传输过程中丢失的信息，从而避免因接受缺失了的数据信息而导致继电保护系统的错误动作。

3.3 运算结果校核能力的提高

在系统的运算过程中，时常因为外界干扰而造成运算错误，针对这样的情况，可以通过重复运算来校核。在第一次运算结束后，CPU重新运转，利用原始数据再算一次，与第一次计算得到的结果作比较，若相同，则表示结果可信;若与第一次运算结果有差异，则CPU再重新计算一次，取三次中其中两次相同的结果作为最后结果，如此，便可有效提高继电保护系统的抗干扰能力。

4 总结

总而言之，数字化变电站的建设越来越进步，对继电保护系统可靠性的要求也越来越高，给继电保护系统带来的挑战也是客观存在的，因此，在开展实际工作的时候，一定要对数字化变电站继电保护系统的构成有一个清楚的认识，并结合实际情况，选择适当的算法，以此提高继电保护系统的可靠性。

参考文献

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