一、智能变电站继电保护系统分析
(一) 继电保护系统的概念
在传统的概念中机电保护器是一种微处理结构, 其是搭在了集反时限、定时限等功能于一体的继电保护设。其主要功能是保障电力设备的稳定运行和运行安全, 常用于变电器、发电机、电力分配系统保护。
其利用的电力系统元件发生短路或故障时导致系统内电气量异常变化进行监测并执行继电保护动作, 此外电气系统内其他因素的变化也可能触发继电保护, 比如变压器油箱故障、油压增强等。
通常在电气系统运行过程中, 各项参数的正常值和故障致有较大差别, 机电装置就是利用这些参数变化, 在反映、检测的基础上来判断电力系统故障的性质和范围, 进而作出相应的反应和处理。当异常情况发生后, 测量部分发出异常信号, 逻辑部分根据搭载算法发出对应指令, 执行单元根据逻辑部分发出指令实现继电保护。
(二) 智能变电站继电保护系统结构
智能变电站和传统变电站的区别在于数字化技术与网络多媒体技术的是否有较差和融合。智能变电站之所以称为智能变电站正是由于其具有极强的数字信息化以及通信网络化特征, 也能智能变电站继电保护系统和传统变电站的继电保护系统有较大区别。
传统变电站是基于点对点通讯、管理的方式实现的继电保护系统, 主要由断路器、传感器、互感器以及保护单元组成, 当系统发生故障后 (通常指短路或漏电) , 通过逐级传导, 最终实现继电保护。
而智能变电站是在传统变电站基础上接入了网络与计算机技术, 其构成较传统继电保护系统多出多个单元, 系统构成和工作模式上也有很大区别。但是其本质上的工作原理并未发生改变, 只是更加智能化、自动化。
二、智能变电站继电保护系统的工作路径及特点
(一) 监测
传统继电保护系统是一种被动保护系统, 其本质是一种保险措施。换句话说, 传统的继电保护系统只能在故障发生后发挥作用, 这时损害结果已经发生, 供电系统已经处于不稳定状态。此时继电保护系统发挥作用的目的在于切断电系运行, 避免损害结果的进一步扩大, 因此我认为传统继电保护系统是一种保险措施。
而智能化继电保护系统则是一种搭在了计算机和监控网络的继电保护系统, 这就使得其具有主动保护的特征。通过相应技术和设备的支持, 可以实现对整个电系的监测, 这种监测是动态的持续性监测, 这也是智能化变电站继电保护系统的常规工作状态。
我们假定有一个软硬件配置齐全的智能变电站, 在变电站正常工作状态下, 继电保护系统处于正常作业状态。通过感应器和通讯网络, 工作人员可以很方便地获取电系内各个单元的工作参数, 也可下达相应的操作指令。同时继电保护系统也可完成自动监测, 通过特定的算法检验监测到参数的额正常与否, 如果异常则立即执行算法, 或工作参数持续处于变化状态下且已经接近临界值但尚未引发损害结果, 那么就切断电路并将警戒信息反馈给工作人员。这是智能变电站继电保护系统的常态工作状态。
从中也能看出智能变电站继电保护系统的两个特点, 主动性和自动化。
(二) 断路
断路功能是继电保护系统实现继电保护功能的主要途径, 也是避免损害结果进一步扩大的主要手段。
智能变电站机电保护器的短路功能主要通过逻辑元件和执行元件实现。当逻辑元件通过比对发现电系内参数出现异常后, 立即发出继电保护命令, 并通过通讯网络传达给对应的执行元件, 执行元件执行命令实现断路或将用电器从电系内脱出, 完成继电保护。
智能化变电站继电保护系统断路功能的实现主要有两种形式, 一种是被动式, 即故障发生后实现断路, 这种断路形式和传统变电站继电保护系统基本一致。另一种则是主动式的断路, 是基于大量计算和工作经验的一种风险规避行为, 搭载相应算法后, 继电保护系统对电系运行进行持续动态监测, 通过载入阀值的设定, 当参数变化或参数到达阀值限制以上后, 虽然未发生故障或损害, 但为了预防事故的发生, 逻辑单元也会发出断路指令以命令执行单元进行断路操作。
除此之外, 还可通过人工操作实现断路功能。有些时候工作人员需要对电系进行检修或根据工作经验判断可能发生故障, 那么可以人工输入断路指令, 通过逻辑电路传达给执行单元, 实现人工断路。
(三) 记录
网络通讯技术和云计算技术也与智能化继电保护系统实现兼容, 此时继电保护系统不仅仅是用于稳定电系运行状态的, 还可以对电系的运行参数进行实施监测和记录, 并通过通讯网络上传至云端或观测终端, 形成持续性记录保存下来, 可供工作人员检索和分析, 这是研究电系运行规律的重要数据基础, 也是传统继电保护系统所不具备的功能之一。
三、智能变电站继电保护系统构建
(一) 模块设计
根据智能变电站继电保护系统的功能和建设目的进行系统模块设计。最基本的模块有五个, 分别是监测单元、通讯单元、执行单元、逻辑单元和终端控制中心。
监测单元是分布在电系内, 用于监测电系运行参数和用电器运行状态的监测部件, 根据电系特征, 监测单元主要由电流监控、电压监控和温度感应三部分组成, 其中电流电压是较为常规也是较为敏感的监控设备, 而温度感应是基于电流电压均正常但存在故障 (基于电的热效应理论) 提出的监控方法, 其可以直接获取电系或用电器运行时对应的电流、电压、温度信息, 这些信息是判断电系状态以及是否存在故障的重要参数。当然根据实际工作需求可以配置更多的监控部件, 比如湿度、电阻等监控。
通讯单元是将各个单元连接起来的通讯网络, 主要有电缆组成, 其只承担传递信息的功能。但是在设置时有以下几个原则:1) 最优化路径, 路径设置应当最优化, 保证距离不要过长, 当单次通讯距离超过78m (相关研究) 后通讯损耗能量会指数性增加。2) 级别通讯, 为了保证继电保护系统的灵敏度和运行效率, 通讯网络应当在不同节点有权值设定, 保证信息的有序传输。3) 综合成本, 综合成本主要是指铺设通讯电缆时的成本, 但是并非单次花费成本越低越好, 应当综合考虑使用年限、折旧等问题。
执行单元是继电保护系统功能性实现的关键, 为了保证系统的可靠性, 执行单元应当直接接入电系或与用电器进行连接, 当指令下达之后执行单元可立即做出反应, 执行指令并传回反馈信息。
逻辑单元是继电保护系统智能化、自动化特征实现的基础, 主要由微机组成, 是继电保护系统中搭载相应算法的部门, 也是负责整合比对参数并发出相应操作指令的主要单元。
终端控制中心在整个系统内以点的形式存在, 如果电系较大, 可以事先将其划分为几个域, 然后根据域的数量设置终端控制中心, 终端控制中心主要有以下几个功能。首先对域内所有参数的监控, 通讯单元将监测单元测得参数传回终端并以数字的形式反映在荧幕上, 供工作人员监控使用。其次是终端控制中心具有记录功能, 能将监测到的数据以时间点和时段的形式记录下来, 方便工作人员检索和调取, 同时可配备打印设备进行打印。此外终端控制中心还有控制功能, 工作人员可以通过人工输入指令, 经通讯网络直接传达给其他单元, 改变其他单元状态。
(二) 算法的搭载
算法是职能变电站的技术核心, 通常算法搭载于逻辑单元, 用于自动化、智能化功能的实现。根据算法的用途可分为基本算法和阀值设定。
基本算法的设计需根据变电站功能需求进行构建, 主要是用于控制电系运行状态。比如说用电器或某段电路存在两种状态, 通电和断路状态, 于算法中则记录为1和0, 同时将短路计做T。当获取到1的信息时, 保持电系或用电器通电状态, 获取到0时则切断电路或使用电器脱离, 获取到T信息时则向逻辑电路进行反馈。基本算法是控制继电保护是否生效的算法, 也是保证电系运行稳定性的主要算法。
前文提到过, 智能变电站的继电保护系统是一种主动式的保护系统, 可在故障发生前就切断电路或使用电器脱离, 从而规避损害结果, 这就依赖于阀值设定。比如说, 电系内用电器最小额定电流 (假定为串联电路) 是5A, 如果电系内电流超过5A那么该用电器很可能超负荷运转而发生故障或过热引起短路、火灾等, 如果设定一个阀值5A的阀值, 当电系内电流达到5时, 则将该用电器脱出则可以有效避免损害结果。同时还可设定一种软阀值, 比如一个用电器的最大功率为20W, 电压恒定时其电流为t, 如果t突然升高, 但未超过最大功率, 那么在无其他影响因素的前提, 该用电器很有可能发生故障或短路, 那么最保险的方法就是将该用电器脱出, 在软阀值的设定下, 继电保护系统便可以自动实现这一功能。 (这只是利用阀值设定的思路, 实际设定应根据实际需求进行调整)
(三) 可靠性优化
变电站最主要的功能是保证配电电压的稳定性, 一旦电压出现大波动或欠压, 那么会对整个电系系统的稳定性和安全性产生影响, 因此从某种意义上来说, 变压系统是继电保护系统多功能稳定实现的重要环节, 所以在进行继电保护系统设计和构建时, 为进一步强化其稳定性要强化变压器配置, 如采取分布式配置、多线路配置等方法来保证电信电压的稳定性。
另外一方面是在智能变电站运行过程中, 可能发生电流过载, 从而引起外部断路而出现电流超负荷, 此时电系内电流大小并未发生明显改变, 但是继电保护系统很可能已经处于跳闸的下线状态。为了避免这一情况, 在实际的生产作业过程中, 应当密切监测电系内电流变化情况, 对所有变电线路的点流量进行测量和监控, 预防电流超负荷的发生。
摘要：随着科学技术的持续发展, 我国变电站也有传统结构逐渐向智能化、自动化方向发展。和传统变电站相比, 智能变电站的继电保护系统有较大差别, 而机电保护系统是变电站稳定运行, 地区稳定供电的重要保障。因此, 本文结合相关研究理论和工作实践经验, 简要分析智能变电站机电保护系统可靠性的相关问题。
关键词：继电保护系统,可靠性,智能变电站
参考文献
[1] 钱世伟.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].山东工业技术, 2016 (18) :128.
[2] 肖繁, 王紫薇, 张哲等.基于状态监测的继电保护系统检修策略研究[J].电力系统保护与控制, 2018, 46 (6) :74-83.
[3] 徐晶冉, 徐雯.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].山东工业技术, 2016 (22) :121.
[4] 陈栋梁.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].四川水泥, 2018 (10) :300.
[5] 万林豪.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].科技与创新, 2016 (13) :126, 128.