智能变电站二次系统可靠性分析

智能变电站二次系统可靠性分析

张琴

（广东电网有限责任公司韶关供电局512000）

摘要：变电站二次系统作为变电站的供电系统和保护系统，对于变电站安全稳定的运行具有重要的影响，特别是对于智能变电站来讲，变电站内部不需要利用电缆来进行连接，设备之间数据交换经过网络传输即可实现，这就对变电站内各保护装置的配置、性能、功能和维护检修等都提出了更高的要求，在这些方面与传统的变电站存在着明显的区别。本文对智能变电站二次系统可靠性进行分析，以供参考。

关键词：智能变电站；二次系统；可靠性

1智能变电站二次系统使用优势与作用

目前智能变电站二次系统不仅包括了自动化系统和二次供电系统设备，同时还包括工作保护模式，而且在应用过程中与多个智能终端共同组成了复杂的工作装置，这个装置的工作模式往往是以电压和电流互感器为主的，而且在工作中能够有效的实现变电站内各种信息的交换和交流，不仅有利于工作过程中统一性的实现，而且有利于系统管理和控制流程的完善。目前，随着社会的快速发展，智能电网的应用越来越广泛，智能变电站的建设也不断加快，在这种情况下，需要对智能变电站有一个正确的认识。首先，智能变电站内的设备都是以先进性、集成性和环保性为主，而且智能变电站内的工作模式标准和要求也是以信息化和自动化为标准，在运行过程中更好的实现了工作的系统性、控制的全面性和管理的高效性等要求。其次，智能变电站作为电网的重要组成部分，其是电网安全稳定运行的关键所在，其在应用过程中需要以电网运行数据的智能化和自动化采集为其标准，同时还要在运行过程中实现自我管理和操控的综合性特征。

2智能变电站二次系统的基本内涵

对于智能变电站二次系统来说，主要依托IEC61850为基础信息标准，形成物理化集成和逻辑化集成。物理化集成是指单一设备融合多项功能，构成基本的融合式集成结构。逻辑化集成是指信息的交换集成主要依托逻辑连接，形成跨越式系统集成功能，实现全网内信息的整体协调。不仅能建立一站式标准化的信息模型结构，还能保证同时精确计算全网的电气量。一定程度上助推了变电站与变电站，变电站与控制中心以及控制中心与控制中心的实时互动，形成了整体化的电力管理系统。变电站二次基础设备和基础通信平台构成了智能变电站二次系统，以IEC6185为理论标准，根据不同功能进行整体模块的划分。其中基础设备分为过程层、间隔层以及站控层，基础通信平台分为过程层总线路和站控层总线路，并且相互依据网络媒介进行信息传送，实现基础的信息交换。具体结构如图1所示。

图1基于IEC61850的智能变电站二次系统结构示意

智能变电站二次系统的基础设备具有较高性能的信息集成功效，能基本上保证对稳定态数据、动态数据和暂时态数据进行采集和科学化整理，基本保证自动化和互动化的有机合成。其中过程层设备的主要功能是检测，不仅要对电气量的基础参数进行检测，还要对设备实时情况进行检测，另外，还要进行控制的驱动等任务；间隔层设备的主要功能是对信息的处理，不仅要对信息进行基础分层，还要对通信接口进行抽象化和规范；站控层设备的主要功能是优化基础协调作用，不仅要保证变电站与控制中心任务的协调，还要保证信息的共享运行。智能变电站二次系统的基础通信平台主要以信息化网络为基本依托，保证网络和基础设备同时参与，并实现一起维护变电站功能的目的，从而保证基础的控制和计量功效。

3智能变电站二次系统可靠性分析

3.1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：λei=αiλi。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。

3.2支路可靠性模型

智能变电站中，通信网络作为桥梁联系变电站内部各部分之间、变电站与调度控制中心之间，使其相互交换数据，其可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相关，同时与数据传输的可靠性（可由传输数据的误码率表示），即所传输的数据的可信性也密切相关。现代质量观念认为，系统效能是系统在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力。效能评价法是20世纪60年代美国工业界WSEIAC（武器系统效能咨询委员会）提出的用来评价武器系统效能的方法，系统的整体效能是系统可用性和可信性的综合反映，一般可以表示为

式中，E为系统效能；A为可用性；D为可信性。可用性A表示战备完好，即系统在任一随机时刻需要开始执行任务时，处于工作或可使用状态的程度，亦即系统“开则能动”的能力。它是系统可靠性R和维修性M的函数，即

A=f（R，M）。

可信性D表示任务成功，是指系统在任务开始时可用性给定的情况下，在规定的任务剖面中的任一随机时刻，能够使用且能完成规定功能的能力，即系统“动则成功”的能力。本文基于电力系统元件与武器系统间的相似性和可比性，二者均对可靠性要求极高，二者故障惩罚成本均极高。借鉴效能评价方法，支路正常工作的概率P（Xij）与传输信息的链路的可用率和链路中传输信息的可信度有关，可表示为

式中，λ为故障率；μ为修复率；MTTR为平均修复时间；MTTF为平均持续工作时间。二次系统中每个元件的可靠度对整个系统可靠度的影响大小是不相同的，设备的重要度αi代表该设备功能失效所带来的风险损失。由于设备功能的失效所带来的损失具有很大的不确定性，而层次分析法能够合理地将定性与定量的分析结合起来，根据问题的性质和要达到的总目标，按照思维、心理规律把分析的过程层次化、数量化。因此，本文采用层次分析法（AHP）来确定设备的重要度αi。

4结束语

综上所述，本文笔者主要对智能变电站的二次系统的可靠性进行了分析和研究，为了研究这一点，笔者建立了节点模型以及支路模型。智能变电站二次系统的重要程度不亚于一次系统，它对于整个电力系统的运行安全稳定性都发挥着重要的影响。但是目前国内对于二次系统的可靠性的研究尚有欠缺，因此本文笔者对此进行研究就显得非常有必要，希望笔者对于二次系统可靠性的研究，能对智能变电站的发展有些许帮助。

参考文献：

[1]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.

[2]卢岩，于同伟.智能变电站过程层数据共网可靠性研究［J］.电力科学与工程，2012（6）.

作者介绍：

张琴（1990.04）性别：女，籍贯：宁夏银川，民族：汉族，学历：本科，职称：工程师，职务：变电站值班员，研究方向：变电运行管理