智能变电站二次系统可靠性及相关问题

智能变电站二次系统可靠性及相关问题

吴韬吴玲燕

(都供电公司610000;⒉四川锦能电力设计有限公司610000)

摘要：智能变电站在实际运行的过程中，进行可靠性管理能够使其安全稳定运行得以切实地保障。一次系统与二次系统的管理是可靠性管理的主要对象，保障二次系统的可靠性运行对于变电站的运行而言也有着十分重要的作用。本文首先对智能变电站二次系统进行了简单的概述，并在此基础上，对其可靠性及相关问题进行了研究与探讨，以供同行参考。

关键词：智能变电站；二次系统；可靠性

1.引言

目前，电力以此系统与二次系统之间的联系越来越紧密，加上随着电力系统工作量的不断加大，由于二次系统出现的问题而造成的一次系统出现故障的概率也在不断增加，因此，对智能变电站二次系统的可靠性管理进行加强十分必要。在智能变电站中，电力一次系统与二次系统主要起到了枢纽的作用，对二次系统的可靠性及其相关问题进行研究对于电力系统运行稳定性的提高有着十分重要的作用。本文首先对智能变电站二次系统进行了简要的概述，同时，以二次设备作为节点，对智能变电站二次系统可靠性评估网络模型的建立问题进行了分析，以此探讨了智能变电站二次设备的可靠性问题。

2.智能变电站二次系统

通常来说，智能变电站二次系统主要是由智能二次设备以及通信网络构成的，站内设备均支持IEC61850。以功能为依据来对全站进行划分，能够分为站控层、间隔层与过程层三层设备以及站控层网络、过程层网络两层网络模式。每间层以及每层内部设备在进行数据传输的过程中，均会使用高速的以太网络来实现，利用GOOSE、SV、MMS报文形式来进行数字化信息的交换。其典型的系统结构如下图1所示：与传统的变电站相比，智能变电站二次系统的物理结构主要有智能变电站二次设备以及通信网络两个方面。

2.1智能变电站二次设备

在智能变电站中，会有很多具有高度功能集成的一体化智能装置，其能够对暂态数据、稳态数据以及动态数据进行统一的采集与处理。比如，相量测量单元将能够实现测控、保护以及录波等装置的集成，从而能够使智能变电站调度系统对于全局信息的控制能力得以很大程度的提高，进而使高级应用的精确度以及鲁棒性得以保证，使各设备之间的互动以及变电站的自动化得以实现。智能变电站三层设备分别会接入两类总线：过程层总线及站控层总线，变电站内的各个设备相互配合从而使其应有的功能得以实现。

图1基于IEC61850的智能变电站二次系统结构图

2.2智能变电站通信网络

智能变电站通信网络如同人体的神经网络，能够连接站内的各个设备，二次系统保护、计量及控制等功能的实现都离不开通信网络。也就是说，变电站内各个功能的实现都需要站内硬件设备与网络系统共同进行，另外，其也能够决定变电站二次系统的可靠性。

3.智能变电站关键技术和设备

3.1关键技术

在智能变电站建设的过程中，我们主要参考的是IEC61850标准，智能变电站的无障碍通信题词就是基于这一标准建立的，在未来，这一标准在变电站的应用汇不仅仅局限于变电站内部，还会想着变电站间、变电站以及调度中心间等扩展。这一标准里面所包含的核心技术有三点，分别为按照功能划分节点，用逻辑设备抽象物理设备；定义抽象的通信服务接口，使得通信功能区别于通信技术；利用变电站实现文件的配置，最终实现设备的自我陈述。

3.2关键设备

智能变电站中用到的关键性设备有电子式互感器、智能组件、保护测控一体化装备等。其中，电子式互感器是由传感单元、采集单元。合并单元以及本体结构四个部分组成，主要功能为测控、保护、计量、录波等二次装置测量电流、电压等参数。保护测控一体化装置是变电站中必不可少的二次装备之一，保护测控一体化装置分为保护装置和测控装置两个部分。在智能变电站中应用保护测控一体化装置，有以下两个原因：①IEC61850规约实现保护和测控两种功能之间的互相操作；②保护整个二次系统的正常运行。

4.智能变电站二次系统可靠性分析

目前，对于电力系统的可靠性管理大部分都是针对以此系统展开的，因此我们对于二次系统的可靠性的研究尚有欠缺。但是实际上，智能变电站的二次设备是实现变电站功能的基本元件之一，而二次系统非常重要的系统组成部分，二次系统的各个层次以及各层次的设备之间都是通过高速以太网来实现数据通讯和信息共享，所以，变电站的最重要的组成部分就是高速以太网。因此，我们可以说，变电站的整个功能的实现需要依靠网络系统以及硬件设备的共同参与，因此这两个部分的可靠性就直接决定了智能变电站的二次系统的可靠性程度。

上文我们提到，智能变电站的结构为分层分布式的结构，因此其可靠性取决于节点的可靠性程序以及支路的可靠性程序，因此本文笔者主要建立了分层分布式结构的节点可靠性模型以及支路可靠性模型，以这两个模型为依据，对智能变电站的二次系统的可靠性进行分析。

4.1节点可靠性模型

二次系统中的智能设备或是子系统等既为网络模型中的节点，在这个网络模型中，其节点可靠度指标用A来表示，模型如下：

在这一模型中，故障率表示为λ，修复率表示为μ，而MTTR则代表平均的修复时间，MTTF代表系统持续运行时间。二次设备中每个元件的可靠度对于整个系统运行的可靠度影响是不一样的，αi表示某一元件失效或是停止运行对系统的重要度，确定重要度的过程如下：①要建立一个以二次系统的可靠性为目标层的层次分析模型；②要建立一个判断矩阵，之后进行一次性校验；③采用特征值法计算出某一元件的重要度。

计算出了二次系统各设备的失效率、修复率以及重要度，那么我们接下来就能计算设备对系统可靠性的等效失效率，记为：

因此这样我们就得出了二次系统中各元件对于系统运行可靠性的重要度。

4.2支路可靠性模型

在智能变电站中，作为能够对变电站内部各个部分之间起到桥梁作用的通信网络，并能够实现变电站与调度控制中心数据的相互交换，通信网络能够作为二次系统网络模型中的支路部分。

通信网络的可靠性不仅与通信链路的可靠度有着重要的关系，而且其与数据传输的可靠性也有关，即所传输数据的可信性也能够影响到通信网络的可靠性。在现代质量观念体系中，系统效能主要指的是系统能够在规定的条件下完成所给定的定量特征及服务要求，并且，从某种意义上来说，系统的整体效能是系统可用性及可信性的综合反映，通常能够将其表示为：

E=A?D（2）

式中：可用性为A，可行性为D，当这两者的数值都高时，则代表整个通信系统的效能较好，可靠度较高。

5.结语

综上所述，本文主要针对智能变电站二次系统的可靠性及其相关问题进行了一定的分析与研究，并对节点模型与支路模型进行构建。随着经济发展水平的不断提高，人们对于电力系统安全稳定性的要求也越来越高，因此，对整个电力系统的可靠性进行提高是社会关注的一个重点问题。而智能变电站二次系统能够影响到整个电力系统的安全稳定性。但是，从目前的形势来看，国内对于智能变电站二次系统可靠性方面的研究仍比较欠缺，所以对其研究力度进行加强十分必要。

参考文献

[1]苏圣阳.智能变电站二次系统调试探讨[J].中国电业（技术版），2016（02）.

[2]陆白博.浅谈水电厂二次系统的防雷策略[J].机电信息，2012（18）.

[3]张跃丽.智能变电站二次系统可靠性及相关问题研究[D].上海交通大学，2013.