摘要：以状态检修为目的，研究了智能变电站保护系统的可靠性评估方法。首先从智能变电站技术特点出发，提出一种考虑逻辑节点的保护系统监测方法。根据状态检修的需要选取保护系统可靠性指标，并在此基础上建立了动态Markov模型，利用该模型定量评估保护系统在给定条件下的检修需求。最后以典型220kV智能变电站为例说明了该评估模型的应用方法并做了相关分析。算例结果表明，该方法具有一定的可操作性，能够为智能变电站保护系统的检修决策提供一些参考。
关键词：状态检修、智能变电站、保护系统、可靠性分析
随着我国智能电网建设进入全面发展阶段，智能变电站技术得到大规模应用。作为保障智能电网安全的第一道防线，保护系统是智能变电站的重要组成部分。保护功能的实现需要相关一次设备、二次回路以及保护装置之间的协调配合，以发挥其整体性能。然而，不同厂商设备间存在的互操作性问题阻碍了保护系统的发展。为此国际电工委员会建立了IEC 61850标准，规范了智能电子设备的工程实施，同时也为可靠性分析领域拓展了新的空间。
可靠性是智能变电站的首要性能指标，智能变电站保护系统的可靠性应不低于常规保护。保护系统可靠性的相关研究可追溯到70年代，发展到目前已有大量成果，如文献提出一种考虑隐性故障和系统运行状态变化时的保护系统可靠性模型，并以此计算潮流变化对继电保护系统正常运行的影响。文献在分析数字化变电站继电保护系统构成基础上，利用最小路集算法和串并联模型对继电保护系统的整体可靠性进行计算。文献结合元件可靠度和系统可靠度两个可靠性指标，提出了功效评估法用以分析保护系统。文献依据数字保护系统的功能和工作特点，建立了Markov状态空间法与动态故障树相结合的微机保护系统动态可靠性模型。文献运用可靠性框图法构建了保护系统完备的可靠性评估模型，并对“直采直跳”模式下保护系统的元件灵敏度和重要度进行了评估。文献基于监控系统和装置自检对保护装置可靠性的影响，建立考虑装置暂时性失效以及永久性失效的保护系统可靠性分析模型。该方法将监测技术和可靠性评估相结合，在智能变电站保护系统相关分析中也有较大的参考价值。但由于上述文献研究多数面向硬件设备相关的保护系统可靠性问题，未能充分体现智能变电站功能为导向的建模特点。因此，智能变电站保护系统的可靠性分析仍需进一步完善。
针对上述问题，本文考虑智能变电站技术及其保护系统的特点，在分析智能变电站保护系统具体构成的基础上对保护系统进行了功能上的分解。其次选取合理的可靠性指标，建立了面向状态检修的保护系统可靠性分析模型。最后以典型220kV智能变电站为例进行了相关分析，并将本文计算结果与文献计算结果比较，验证了方法的有效性。
1.智能变电站保护系统特点分析
总结智能变电站技术给保护系统可靠性带来的变化，归纳如下所述。
1.1功能监测的需求
保护系统可靠性分析所关心的是保护系统完成功能的能力，但智能变电站中允许保护功能在不同的设备之间自由分配，并且保护系统的功能由硬件系统和逻辑系统共同完成，所以物理装置的故障并不能完全反映系统功能的失效机理。保护系统监测需要同时考虑硬件系统和逻辑系统，涵盖保护功能实现的各个运行阶段。
1.2基础数据收集方式变化
随着监测技术的提高，目前多数智能变电站自身具有二次设备的自动诊断功能，克服了传统保护中故障巡检需要大量维护人员的缺点。但另一方面，智能变电站二次系统监测时会产生海量告警信息，导致可靠性基础数据分析仍需较大的工作量，如何用较少的数据来反映较全面的保护系统可靠性有待进一步研究。
1.3检修方式的发展
由于目前以时间周期为特征的变电站计划检修存在“检修过度”和“检修不足”以及需要大量人力物力支撑等问题，已逐渐被建立在设备状态评价基础之上的变电站状态检修所取代。针对这一变化，可靠性分析中应当考虑状态检修的需求特点。
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从上述分析出发，本文将智能变电站保护系统可靠性研究划分为三个步骤：
①对保护系统功能分解，将实现保护功能的具体构成作为监测对象；
②确定所需的可靠性基础数据，结合智能变电站特点计算保护系统可靠性指标；
③基于前两部份工作，利用动态Markov模型分析智能变电站保护系统可靠性及其检修需求。
2.保护系统功能分解
通常来说，保护系统的基本功能是在电力系统元件发生故障时发出跳闸命令且在电气元件的不正常运行状态时发出告警信号。智能变电站保护系统是在传统保护基础上的发展，因此仍可根据继电保护的基本原理将智能变电站保护系统划分为采样、判断、执行三个独立的子功能系统，三个子系统相互配合共同来完成保护系统的基本功能。对于智能变电站，保护功能实现过程中的最大变化在于逻辑系统的影响：智能变电站中逻辑系统可分解为多个分布在不同硬件设备中相互通信的逻辑节点，当一个逻辑节点或多个逻辑节点不能正常工作时，功能可能被完全闭锁或出现较大降级。可见，智能变电站保护系统功能监测需要兼顾逻辑系统和硬件系统对保护功能的影响。故此要确定了智能变电站保护硬件系统和逻辑系统的具体构成，以此作为功能监测的对象，保证可靠性基础数据收集工作的顺利进行。
3.保护系统可靠性指标的获取
3.1可靠性基础数据收集
①可靠性基础数据内容
智能变电站的可靠性基础数据在传统保护数据(装置投运时间、动作记录、维修记录以及二次电缆缺陷、时间及类型)的基础上增加了保护系统逻辑节点的降级运行时间、逻辑节点降级次数等内容。同时，由于二次电缆被通信网络所代替，减少了二次电缆回路的相关数据。
②可靠性基础数据来源
在现场运行中，传统保护的可靠性基础数据大多来自故障信息管理系统、维修检修报告、调度中心运行报告、能量管理系统信息、现场运行信息、预试检修信息、经验信息以及故障录波数据等。智能变电站监测技术的提高，应增加网络分析记录仪、综合应用服务器信息等智能告警信息源。
③保护系统功能监测
可靠性基础数据的收集通过保护系统功能监测来实现。结合可靠性基础数据的内容和来源，保护功能监测将分解后保护功能作为监测对象，相较于传统的监测方法，以保护系统功能为对象的监测方法旨在提高可靠性基础数据收集效率，并更加准确地获得反应保护系统性能的可靠性基础数据。
3.2可靠性指标计算
如上所述，可靠性基础数据收集工作主要是确定影响保护系统可靠性的内容和来源，并从监测系统中提取出所需数据的过程。收集的最终目的是为可靠性指标的计算提供数据基础。可靠性指标给可靠性评估提供更为科学的考核依据。但由于可靠性评估分析的角度不同，确定选取的可靠性指标也应有所区别，所选指标是否科学、合理直接关系到可靠性评估质量。
结语：
智能变电站技术对保护系统有着诸多方面的影响。算例分析结果表明，文中的智能变电站保护系统可靠性分析能够为当前条件下的状态检修决策提供一些参考。但由于分析中对智能变电站通信系统的考虑尚不够详细，需进一步关注其对保护的影响。
参考文献：
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论文作者:严志伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/20
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