变电站自动化系统通信网络可靠性研究综述

摘 要：通信网络技术作为变电站自动化实现的关键，其可靠性关系到整个系统的安全稳定运行。文章在总结了变电站综合自动化系统通信网络可靠性领域研究现状的基础上，指出其今后研究的方向。

关键词：变电站自动化技术；通信网络；可靠性

当前，网络通信等相关技术的快速发展正在持续促进电力自动化与信息化向深层次及更大集成度发展，以更有效的支撑电网的可靠、经济运行。变电站自动化作为电力自动化中的一个重要内容倍受人们的关注，变电站自动化系统将变电站内的控制设备、保护、远动、安全稳定控制、站内监控等部分通过网络连接起来，实现了外设和信息的共享以及控制的自动化。

变电站自动化技术的关键是通信技术的实现，通信网络技术的应用影响到变电站自动化系统的结构、功能、性能的改善和提高。通信网络规模庞大，行为复杂，通信网络的可靠性便成为通信网络分析和应用中必须考虑的重要因素。

1 研究现状

从20世纪xx年代开始，人们已经在通信网络的可靠性指标和可靠性评估方法上取得了一定的成果，因此，积极借鉴通信领域的相关研究成果应用于电力通信网络的可靠性分析中很有必要。

1.1 可靠性评估指标

抗毁性是最早提出的通信网络可靠性评估指标。抗毁性是军用网可靠性评估的一项重要指标，但是对于受人为破坏的可能性较小的民用网络来说，网络抗毁性的地位则显得不是非常突出。

考虑到网络部件的随机失效的影响，人们提出了生存性这一网络可靠性指标。网络生存性描述了随机破坏以及网络拓扑结构对通信网络可靠性的影响，它是通信网络最基本的特性，也是通信网络可靠性研究领域内研究最多的课题。

网络的有效性是基于网络业务性能（包括网络的服务质量）的可靠性测度，是描述通信网络传输能力的一个重要指标，包括网络理论吞吐量、呼叫成功率、报文传输成功率、报文传输延时等。目前由于其定义和算法还不够成，问题十分复杂，因此对网络有效性的测度可行性较差。

1.2 可靠性评估方法

通信网络的抗毁性研究只是从网络的拓扑结构层面进行分析，应用图论的有关理论和算法能够基本满足抗毁性评估的需要。对于网络的生存性分析，比较简单的通信网络可以利用故障树模型和故障树分析法或建立相应的数学模型进行

可靠性分析评估。考虑到部件具有多种工作模式和失效模式时，描述通信网络的模型的状态数将非常巨大，给网络可靠性的计算带来了很多困难。Chiou等提出了一种减少计算量的方法，克服了模型规模的限制。

在采用数学建模法来评估网络的可靠性时，通常会遇到难以对系统进行精确的建模，或者虽然能够建立相应的数学模型，但是模型过于庞大复杂难以进行求解的情况。利用计算机对通信网络进行仿真，可以模拟和处理网络运行中的一些模糊因素和不可知因素，弥补了单纯的数学建模法的不足。计算机仿真是通信网络可靠性评估的一种重要方法。

1.3 变电站自动化系统通信网络可靠性

在电力领域，很多学者针对变电站自动化系统通信网络的可靠性进行了研究。何卫等针对高电压等级的变电站通信系统信息交换量大和数据实时性高的特点，建议采用双网结构以实现冗余备用。除此之外，也有研究认为根据变电站自动化系统通信的特点，选用某种通信结构和网络形式能够有效提高通信的可靠性。

例如，林建等提出模块化配合以太网通信方式的设计方案，以主模块实现控制和通信管理，通过以太网联系其他模块。认为以太网本身的性能足以满足变电站通信的要求。应该指出的是，上述关于通信网络可靠性的研究，只是针对所采用的系统网络结构的可靠性做出定性分析论述，缺乏量化的评判指标和方法理论上的论证。

徐立子根据变电站自动化系统的可靠性分析提出了相应的评估指标，并分类为硬件指标和软件指标，在此基础上对硬件设备的可靠性作了简单评估。这使得变电站自动化系统的通信网络可靠性研究大大的迈进了一步。

2 研究的方向

目前，人们对于通信网络的可靠性还缺乏一个统一的概念。因此，有必要对通信网络的可靠性概念进行深入地研究。

在对现有通信网络可靠性分析的研究基础之上，可以大致总结出分析的一般途径：选择一个合适的网络可靠性指标，以此指标作为评估的基础；对具体的网络进行分析，结合数学理论建立模型，并由此模型计算出网络的可靠性测度，或者对网络进行仿真从而求出网络的可靠性指标。

对于变电站综合自动化系统通信网络的可靠性研究也应该遵循这样一条思路。

结构复杂的变电站自动化系统通信网络的可靠性评估，可以采用仿真的方法进行分析，这基于两方面的判断：其一，当网络结构趋于复杂时，难以对系统做出精确的数学描述，而且即使能够建立起数学模型，其计算也相当困难。

其二，对于涉及变电站通信网络性能的一些数据，目前还比较缺乏，无法对通信网络进行完整的描述。

通常网络可靠性的仿真分析可以按如下方式进行：首先确立网络性能的某种评估指标，此种指标应该能够反映网络的功能有效性，例如，网络部件失效时对网络吞吐量的影响，传输延时引起网络性能的变化等。然后依据上述过程对网络的行为进行编程模拟，在考虑网络部件失效引起网络性能下降的情况下，得到与指标相关的网络性能数据，并对这些数据进行数理统计，根据统计结果计算出网络的功能有效性。

谷米等选择了在变电站自动化系统中较多应用的LonWorks网络进行仿真，编程模拟了报文在网络中的传输过程，从而得到不同发送节点数目情况下网络的性能参数，并依此对网络的性能做出大致的评定。

变电站自动化系统的通信网络具有较强的随机性，根据概率论的相关原理，当抽样次数足够多时，抽样的均值与期望的均值比较一致。在仿真过程中，有必要选择合理的时间长度，以满足精度要求。另外，在电力系统发生故障情况下，网络的信息量激增，在正常运行情况下满足可靠性要求的网络此时的表现也需要重新评估。此种情况在网络可靠性仿真中必须有所考虑，从某种意义上来说，故障时网络的性能更具有评估的价值。对网络的所有状态进行仿真分析在理论上显然不可行，此时可以考虑选取一定的精度，对满足此精度要求的网络状态进行分析，进而得到需要的结果。

3 结 语

随着信息技术和计算机技术的发展，变电站自动化技术的应用更加深入，作为变电站自动化实现关键的通信网络技术，地位更加突出。结合网络的有效性指标对网络进行仿真，可以得到网络的功能评估结果。如何对变电站自动化系统中的通信网络的信息传输过程进行准确的模拟，使得仿真结果能够真实反映网络的实际状况；如何在仿真时考虑电网故障情况下网络性能的变化。这些都是接下来的研究工作中所应该解决的问题。

参考文献：

[1] 吴潮辉，胡玉兰，黄传荣.变电站自动化通信技术现状及发展[J].华北电力技术，20xx，（8）：52-54.

[2] Jacques Philippe Sauvé，Flāvia Estélia Silva Coelho.Availability Considerations in Network Design[A].Pacific Rim International Symposium，Dependable Computing[C]，20xx：119-126.

[3] Shen Neng Chiou，Victor O.K.Li.Reliability Analysis of a Communication Network with Multimode Components[J].IEEE Journal on Selected Areas in

Communications，1986，4（7）：1156-1161.

[4] 何卫，马新平，张炎，等.变电站自动化分布式通信控制系统的设计[J].电力系统自动化，20xx，（8）：48-50.

[5] 林健，胡敏强.基于以太网通信的变电站微机保护方案设计[J].江苏电机工程，20xx，（6）：34-36.

[6] 徐立子.变电站自动化系统的可靠性分析[J].电网技术，20xx，（8）：68-72.

第二篇：变电站自动化系统中继电保护的可靠性分析

变电站自动化系统中继电保护的可靠性分析

姚毅滨 富阳市供电局

摘要：本文主要阐述了继电保护系统可靠性指标定义和继电保护装置的可靠性指标，并对新旧继电保护技术性能进行了对比，分析了继电保护在变电站综合自动化系统中的应用。

关键词：自动化系统；继电保护；可靠性；运行维护

1、继电保护系统可靠性指标定义

从系统设计的观点看，所谓继电保护系统即由一套套相互独立的继电保护装置以某种方式连接起来共同组成的系统。描述继电保护系统的可靠性—般有两个指标。即设备的可靠性与功能的可靠性。设备的可靠性以可用度A描述，即从二次系统的观点描述投入运行的继电保护系统在任何时刻处于工作状态的概率。功能的可靠性以可靠度K描述，即从一次系统的观点描述处于工作状态概率，可靠度与继电保护的误动(包括无选择性动作)，拒动概率有关。为了能全面描述继电保护系统的可靠性．定义完好率P=AR，作为综合可靠性指标。

2、继电保护装置的可靠性指标。

对继电保护装置运行的状态描述及我国电力系统中的习惯，继电保护装置可靠性指标主要由正确运输工人和率PC和不正确动作率PE它包含误动率和不正确动作率。若继电保护装置证确动作次数为R，区内故障正确动作次数为Rl，区外故障正确不动作次数为R2，正常运行时正确不动作次数为R3。(1)将区外故障正确不运输工人和纳入继电保护装置运行时正确工作率指标计算内能更合理，正确地评价其运行性能指标及利于其正确使用，改进和完善。(2)将正确工作率指标细分为区内故障正确动作率，区外故障正确不运输工人和率又分为正方向区外故障正确不动作率和反方向区外故障正确不动率，不正确工作率分为正方向区外故障误动作率，方向区外故障误动作率，正常运行时误动作率和拒动率。这有利于对继电保护装置的运行性能及出现的问题进行更为具体深入的分析和研究。(3)如何更进一步合理地计算保护装置运行的可靠性指标尤其是正确工作率指标是—个十分值得深人探讨的问题。

3、新旧继电保护器技术性能对比

3.1 与传统的电磁型继保装置相比，实现综合自动化的微机型继保装置具有如下特点：

(1)装置维护调试方便，易于操作，保护性能得到较大改善。(2)装置功能多，先进，可灵活选择，逻辑回路动作正确率，可靠性高。(3)装置实现了遥近代．遥测，遥信，遥调功能，取代了传统变电所的预告信号，事故音响，仪表监测的作用．实现了远方监控。取代了传统的有人值守模式。(4)实现CGS卫星对时及故障录波功能，极大地方便了对电力系统故障的分析处理。

3.2 目前阶段，继电保护的运行环境基本未变，现代化电网、综合自动化变电站对继电保护全方位的功能要求越来越高，与电磁型保护相比，微机装置对对抗干扰，防雷击，工作环境。电源电压等客观条件的要求更高，在变电站的远方后台监控，还有不尽完善之处。这就需要改进继电保护的管理，发送继保设备的设计维护方法，以补充和完善综合自动化变电站的功能，确保电网安全，稳定运

行。

4、对继电保护在变电站综合自动化系统中的应用分析

4.1 选型设计

(1)统筹规划，应选择使用名牌厂家，技术成熟，设计完善，性能稳定可靠的继保产品，确保设备硬件质量过硬，能在系统中长期稳定过行。避免选用技术过渡型，性能不稳的设备，导致在运行中出错或发生缺陷，再去耗费大量物力、人力进行更换改造。(2)应有全局观念，科学设计，合理配置，使继电保护，计量，测量，信号，控制，远动等相互配合，共同协调工作，保证整个系统处于高水平运行状态下。(3)使变电站设计适宜和于综合自动化及传统的有人值守两种模式，建议保留传统变电站的事故音响，预告警铃，电压监测作用。(4)有些变电站在综合自动化改造后，其接地网未变，但是，随着电力系统的发展，短路容量不断扩大，微机型保装置对变电站接地网的要求越来越高。(5)建议改进监近代数据库，将后台信号按重要等级，变电站名称，划分“保护出口。开关跳闸，I类缺陷，告警”等。

4.2 安装调试

(1)在综合自动化变电站建设中，继电保护涉及测量表计。后台监近代，直充系统，五防腐剂，远动等设备。(2)对于继电保护装置的新安装校验，必须对装置加入80％额定电压，模拟系统可能发生的各种故障，做装置的整组模拟，传动试验，确保装置各条逻辑回路的正确性得到一一验证。(3)与电磁型保护相比，微机保护功能先进，但这并不就意味着微机装置工作可靠性大，安全系数高。(4)保证继电保护及自动化装置的背板，端子排，压板，插头的接线牢固性，做好光缆，网络线的防外力破坏的措施，应做好工程关键质量点的控制，因为整个系统最终运行好坏将通过其反映，如GPS系统对时精度，继电保护整组传动试验的远方后台监测反映，全站模拟量的精度．运动通道质量等等。(5)在变电站的综合自动化改造中，许多运行设备无法停电，但可以利用技术手段，做好完全措施，采用带模拟开关对新装置进行校验，完成不停电工作，并积累施工经验，制定典型的不停电作业规范和继电保护安全措施，确保施工安全。

4.3 验收投运

(1)按继电保护要求对设备验收，除常规的保护整组传动试验外，要着重加强对设备的保护整组传动试验外，要着重加强对设备的遥控，遥信，遥测，遥调操作验收．如果把关不严，将对今后运行带来负面影响。(2)根据“四遥”验收情况及设备的具体特点，制定相应的运行操作堆积，在设备投运后，列出系统运行要点，以利于今后维护。(3)峻工图纸，校验报告书，技术资料及时报送管辖单位及运行操作班，做好变电站系统数据的备份工作。为今后听运行维护，检修改造作好技术上的准备。

4.4 运行维护

(1)加强运行操作人员的现场培训。运行人中央气象台业务素质和对新设备的熟悉程度，将直接关系到设备的运行维护质量。(2)应加强设备巡视，积累运行经验，在气候恶劣，气温异常时，要合理调节现场工作环境。维护微机设备在健康运行状态。(3)完善远方后台装置的遥控，遥测，遥信，遥调功能，全天候监视设备在健康运行状态。(4)完善远方后台装置的遥控、遥测、遥信、遥调功能，全天候监视设备的运行状态。做好各种事故预想，能正确分析后台信号，判断故障情况。(5)建议将GPS卫星对时及故障录波装置列入日常巡视的重点项目，确保电力系统故障情况能随时记录，便于分析处理。(6)许多变电站综合自动化

改造后，其保护、控制、信号，电磁锁电源均统一为220v直流电源，使室外设备的直流回路增加了。因此，要做好室外二次回路的维护工作，减少发生直流接地故障的可能。

4.5 检修技改

(1)按照国家电力公司颁布发的《继电保护及电网安全自动装置检验条倒》的要求，对继电保护设备进行检验。(2)建议规范继保装置或继电器的使用年限，对超期运行，仍正常工作的设备，作退役更新处理，减少设备故障率，作退役更新处理，

5、结束语

随着当前行业技术的发展速度，安全、经济、运行成本低、使用简便、实现网络化，人工智能化是继电保护系统的发展方向。经历了自建国以来的4个发展阶段，我国的继电保护技术虽然有了长足的发展，但在不断升级的技术面前，我们不可以放慢脚步。网络化，人工智能化、一体化等新技术的出现，对我国继电保护工作提出了更高的要求，摆在我们面前的任务仍然是艰巨的，如何运用这些技术为在我国的继电保护领域中发挥最大的效益，这需要继保工作者在实践工作中不断总结经验，探索创新，找到最佳的继电保护管理模式，补充和完善综合自动化变电站的功能，确保电网安全，稳定，经济运行。