CN106447235B - 一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法 - Google Patents

一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法 Download PDF

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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Abstract

本发明公开了一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法,涉及电力系统可靠性分析。该方法首先计算变电站线路保护的可靠性指标和变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标,然后利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标的等效可靠度和等效故障率。本发明的优点是:考虑到了线路保护对变电站主接线可靠性的影响,使变电站主接线可靠性分析结果更加科学、全面和合理,适宜于实际工程的应用。

Description

一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法
技术领域
本发明涉及电力系统,更具体涉及变电站可靠性分析方法,属于电力系统可靠性分析领域。
背景技术
以往的数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络通信网络通信平台为基础,通过对数字化信息进行标准化,实现站内外信息共享和互操作。现有的变电站赋予了数字化变电站新的内涵,具有“一次设备智能化,全站信息数字化、信息共享标准化、高级应用互动化”等重要特征。
变电站是一项复杂的系统工程,有各类一次设备组成的主接线、继电保护系统(包含线路保护等)、安全监视系统、消防监视系统、运动通讯系统等。因此为提高输变电的可靠性,不但需要高度可靠的一次设备(断路器、变压器、母线、线路、隔离开关等)及其组成的主接线,而且对各级继电保护系统(包含线路保护等)也提出了很高的要求。继电保护系统泛指继电保护技术和由各种继电保护装置组成,它的基本任务是反应一次设备的不正常运行状态,并根据运行维护条件,而动作与发出信号或跳闸,自动、迅速、有选择地切除电力系统中的故障元件,使故障元件免于继续遭到损坏,保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。本发明仅针对几点保护系统中的线路保护系统进行说明。
长期以来,国内外对变电站可靠性的研究集中在主接线的可靠性分析或者线路保护的可靠性分析,只对两个系统单独地进行可靠性分析,未考虑两个系统的相互作用对可靠性造成的影响。其中线路保护系统可靠性分析方法可参考文献王超,王慧芳等.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[J].电力系统保护与控制,2013,41(3):8-13。主接线系统可靠性分析具体方法分为两大类,解析法及模拟法。解析法有网络法、故障树法、概率分布法、故障模式与后果分析法、频率和持续时间法等。解析法物理概念清晰,采用严格数学手段,精度可信度高。在给定假设条件下,一般可求得准确结果;模拟法有人工神经网络、Monte-Carlo法等。模拟法对元件的概率分布采样来进行状态的选择和估计,利用统计试验方法计算得可靠性指标。本发明根据所研究对象的特点,选定网络法中的最小路集法进行可靠性分析。网络法是建立在逻辑网络的基础上,它是分析可靠性的一种最常用的方法,参照书籍程琳,何剑.电力系统可靠性原理和应用(第2版)[M].清华大学出版社,2015.为介绍阐述最小路集法,首先需要介绍图论的概念。图是节点和弧的集合,可靠性逻辑框图很容易变成图论意义上的图,只需在方块图的交叉点上标上节点标号,相应的方块由弧表示就行,且认为节点是完全可靠的,只有弧才可能失效。所谓路集便是指连接任意两节点间由弧组成的弧的集合,也称为这两个节点间的一条路。由输入节点到输出节点的所有路的集合,称为路集。如果一条路中移去任意一条弧后就不再构成路,则称这条路为最小路,由最小路构成的集合称为最小路集。具体利用最小路集计算系统可靠性的方法见如权利要求1步骤C所述利用最小路集算法计算系统可靠度。
然而,目前对于变电站主接线及线路保护的可靠性分析,都只是单独地针对某一个系统进行,并没有考虑到两个系统之间的相互影响。实际上,继电保护系统与主接线密切相关,继电保护系统可靠性会在一定程度上影响主接线的可靠性。当一次设备所关联的保护误动或邻接保护误动,都会造成系统的故障。可参照文献张沛超,高翔.全数字化保护系统的可靠性及元件重要度分析[J].中国电机工程学报,2008,28(1):77-82。
发明内容
本发明的目的是:一种考虑线路保护的变电站可靠性分析方法。该方法首先计算变电站线路保护的可靠性指标和变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标,然后利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标的等效可靠度Rs和等效故障率λs。本发明的优点是:考虑到了线路保护对变电站主接线可靠性的影响,使变电站主接线可靠性分析结果更加科学、全面和合理,适宜于实际工程的应用。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法,变电站主接线具有M条进线和N条出线,线路保护由一套有n个元件组成的线路主保护Ⅰ和一套有m个元件组成的线路备用保护Ⅱ组成。该方法首先计算变电站线路保护的可靠性指标和变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标,然后利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标的等效可靠度Rs和等效故障率λs,具体步骤如下:
A、计算变电站线路保护的可靠性指标
a1、计算变电站线路主保护Ⅰ的可靠性指标
a11、计算变电站线路主保护Ⅰ可靠性指标的可靠度R(Ⅰ)
式中,Ri为变电站线路主保护Ⅰ第i个元件的可靠度,i=1,2,…,n;
a12、计算变电站线路主保护Ⅰ可靠性指标的故障率λ(I)
式中,λi为变电站线路主保护Ⅰ第i个元件的故障率,i=1,2,…,n;
a2、计算变电站线路备用保护Ⅱ的可靠性指标
a21、计算变电站线路备用保护Ⅱ可靠性指标的可靠度R(Ⅱ)
式中,Rj为变电站线路备用保护Ⅱ第j个元件的可靠度,j=1,2,…,m;a22、计算变电站线路备用保护Ⅱ可靠性指标的故障率λ(II)
式中,λj为变电站线路备用保护Ⅱ第j个元件的故障率,j=1,2,…,m;
a3、计算变电站线路保护可靠性指标
a31、计算变电站线路保护可靠性指标的可靠度Rps
Rps=1-[(1-R(I))(1-R(II))]
a32、计算变电站线路保护可靠性指标的故障率λps
B、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标
b1、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效可靠度Req
Req=RDCRps
式中,RDC为变电站线路保护控制的断路器可靠度;
b2、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效故障率λeq
式中,λDC为变电站线路保护控制的断路器故障率;
C、利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标
c1、用Lβγ表示第β个进线节点到第γ个出线节点之间所有最小路径,β=1,2,……,M,γ=1,2,……,N,最小路径总数为S条,Lk∈Lβγ,Lk表示Lβγ中的第k条最小路径,k=1,2,……S;
c2、计算Lk的可靠性指标
c21、计算Lk的可靠性指标的可靠度R(Lk)
当Lk中包含q个元件且没有变电站线路保护控制的断路器时,Lk的可靠度当Lk中包含q个元件且其中含有t个变电站线路保护控制的断路器时,Lk的可靠度其中,Reqj表示第j个变电站线路保护控制的断路器的等效可靠性指标的等效可靠度。
c22、计算Lk的可靠性指标的故障率λ(Lk)
当Lk中包含q个元件且没有变电站线路保护控制的断路器时,Lk的故障率当Lk中包含q个元件且其中含有t个变电站线路保护控制的断路器时,Lk的故障率其中,λeqj表示第j个变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效故障率。
c3、计算变电站主接线的等效可靠性指标
c31、计算变电站主接线等效可靠性指标的等效可靠度Rs
c32、计算变电站主接线等效可靠性指标的等效故障率λs
本发明的优点是:考虑到了线路保护对变电站主接线可靠性的影响,使变电站主接线可靠性分析结果更加科学、全面和合理,适宜于实际工程的应用。
具体实施方式
实施例一
1、一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法,变电站主接线具有M条进线和N条出线,线路保护由一套有n个元件组成的线路主保护Ⅰ和一套有m个元件组成的线路备用保护Ⅱ组成,其特征在于,该方法首先计算变电站线路保护的可靠性指标和变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标,然后利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标的等效可靠度Rs和等效故障率λs,具体步骤如下:
A、计算变电站线路保护的可靠性指标
a1、计算变电站线路主保护Ⅰ的可靠性指标
a11、计算变电站线路主保护Ⅰ可靠性指标的可靠度R(Ⅰ)
式中,Ri为变电站线路主保护Ⅰ第i个元件的可靠度,i=1,2,…,n;
a12、计算变电站线路主保护Ⅰ可靠性指标的故障率λ(I)
式中,λi为变电站线路主保护Ⅰ第i个元件的故障率,i=1,2,…,n;
a2、计算变电站线路备用保护Ⅱ的可靠性指标
a21、计算变电站线路备用保护Ⅱ可靠性指标的可靠度R(Ⅱ)
式中,Rj为变电站线路备用保护Ⅱ第j个元件的可靠度,j=1,2,…,m;
a22、计算变电站线路备用保护Ⅱ可靠性指标的故障率λ(II)
式中,λj为变电站线路备用保护Ⅱ第j个元件的故障率,j=1,2,…,m;
a3、计算变电站线路保护可靠性指标
a31、计算变电站线路保护可靠性指标的可靠度Rps
Rps=1-[(1-R(I))(1-R(II))]
a32、计算变电站线路保护可靠性指标的故障率λps
B、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标
线路保护的保护区域是以断路器为界划分的,当其保护区域内任何一个元件故障,相应的断路器将动作,而主接线也是根据断路器进行模块划分,因此将线路保护的可靠性指标纳入断路器的可靠性指标中是合理的。
b1、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效可靠度Req
Req=RDCRps
式中,RDC为变电站线路保护控制的断路器可靠度;
b2、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效故障率λeq
式中,λDC为变电站线路保护控制的断路器故障率;
C、利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标
c1、用Lβγ表示第β个进线节点到第γ个出线节点之间所有最小路径,β=1,2,……,M,γ=1,2,……,N,最小路径总数为S条,Lk∈Lβγ,Lk表示Lβγ中的第k条最小路径,k=1,2,……S;
c2、计算Lk的可靠性指标
c21、计算Lk的可靠性指标的可靠度R(Lk)
当Lk中包含q个元件且没有变电站线路保护控制的断路器时,Lk的可靠度当Lk中包含q个元件且其中含有t个变电站线路保护控制的断路器时,Lk的可靠度其中,Reqj表示第j个变电站线路保护控制的断路器的等效可靠性指标的等效可靠度。
c22、计算Lk的可靠性指标的故障率λ(Lk)
当Lk中包含q个元件且没有变电站线路保护控制的断路器时,Lk的故障率当Lk中包含q个元件且其中含有t个变电站线路保护控制的断路器时,Lk的故障率其中,λeqj表示第j个变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效故障率。
c3、计算变电站主接线的等效可靠性指标
c31、计算变电站主接线等效可靠性指标的等效可靠度Rs
c32、计算变电站主接线等效可靠性指标的等效故障率λs
实施例二
下面实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
为使本领域技术人员更好地理解本发明以及了解本发明相对现有技术的优点,申请人结合具体实施例进行进一步的阐释。
以《国家电网公司220kV变电站典型设计技术导则》典型设计方案220-A-1中220kV侧为例,对考虑建设变电站采用新型设备隔离式断路器(DCB)后,220kV侧主接线的可靠性计算。220-A-1方案220kV侧为双母线接线为主变压器容量2×120MVA,双母线接线,出线4回。其中220kV侧采用DCB的双母线接线形式的主接线,取消线路侧及变压器侧隔离开关,保留母线侧隔离开关。
计算主接线的各元件数据由下表给出,其中变压器,母线,隔离开关,断路器参考设备运行的历史统计数据。而DCB是新型设备,对于DCB的研究虽然已经进行了一段时间,但由于缺乏大量的实际运行经验,国内尚无DCB可靠性水平的历史统计数据。由隔离式断路器的设备技术可认为,DCB设备可靠性较高,接近于GIS设备的可靠性水平,维护周期与现有断路器相当,在统计数据缺乏的情况下,将DCB的参数设置成与现有断路器参数一致。
表1线路保护元件可靠性评估参数
表2主接线元件可靠性参数
对线路保护进行可靠性计算,结果如下表:
表3线路保护系统可靠性指标
对变电站主接线可靠性计算采用保证所有出线持续供电作为可靠性判据,并计算出考虑了线路保护影响后的断路器等效可靠性指标,进而对变电站主接线系统可靠性进行运算,分析结果如下表:
表4可靠性计算结果
从上表可以看出:
考虑了线路保护系统的变电站可靠性比未考虑线路保护系统的可靠性要低。保护的误动及保护设备的故障在一定程度上会影响变电站主接线供电的连续性,导致主接线可靠性的降低。
由上实施例所述,本发明提出的考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法,全面考虑了变电站一次系统与线路保护系统可靠性,解决了以往变电站主接线可靠性由于仅计算了一次系统而导致可靠性偏高的问题,适宜于实际工程应用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种考虑线路保护的变电站主接线可靠性分析方法,变电站主接线具有M条进线和N条出线,线路保护由一套有n个元件组成的线路主保护Ⅰ和一套有m个元件组成的线路备用保护Ⅱ组成,其特征在于,该方法首先计算变电站线路保护的可靠性指标和变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标,然后利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标的等效可靠度Rs和等效故障率λs,具体步骤如下:
A、计算变电站线路保护的可靠性指标
a1、计算变电站线路主保护Ⅰ的可靠性指标
a11、计算变电站线路主保护Ⅰ可靠性指标的可靠度R(Ⅰ)
式中,Ri为变电站线路主保护Ⅰ第i个元件的可靠度,i=1,2,…,n;
a12、计算变电站线路主保护Ⅰ可靠性指标的故障率λ(I)
式中,λi为变电站线路主保护Ⅰ第i个元件的故障率,i=1,2,…,n;
a2、计算变电站线路备用保护Ⅱ的可靠性指标
a21、计算变电站线路备用保护Ⅱ可靠性指标的可靠度R(Ⅱ)
式中,Rj为变电站线路备用保护Ⅱ第j个元件的可靠度,j=1,2,…,m;
a22、计算变电站线路备用保护Ⅱ可靠性指标的故障率λ(II)
式中,λj为变电站线路备用保护Ⅱ第j个元件的故障率,j=1,2,…,m;
a3、计算变电站线路保护可靠性指标
a31、计算变电站线路保护可靠性指标的可靠度Rps
Rps=1-[(1-R(I))(1-R(II))]
a32、计算变电站线路保护可靠性指标的故障率λps
B、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标
b1、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效可靠度Req
Req=RDCRps
式中,RDC为变电站线路保护控制的断路器可靠度;
b2、计算变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效故障率λeq
式中,λDC为变电站线路保护控制的断路器故障率;
C、利用最小路集算法计算变电站主接线的可靠性指标
c1、用Lβγ表示第β个进线节点到第γ个出线节点之间所有最小路径,β=1,2,…,M,γ=1,2,…,N,最小路径总数为S条,Lk∈Lβγ,Lk表示Lβγ中的第k条最小路径,k=1,2,…S;
c2、计算Lk的可靠性指标
c21、计算Lk的可靠性指标的可靠度R(Lk)
当Lk中包含q个元件且没有变电站线路保护控制的断路器时,Lk的可靠度当Lk中包含q个元件且其中含有t个变电站线路保护控制的断路器时,Lk的可靠度其中,Reqj表示第j个变电站线路保护控制的断路器的等效可靠性指标的等效可靠度;
c22、计算Lk的可靠性指标的故障率λ(Lk)
当Lk中包含q个元件且没有变电站线路保护控制的断路器时,Lk的故障率当Lk中包含q个元件且其中含有t个变电站线路保护控制的断路器时,Lk的故障率其中,λeqj表示第j个变电站线路保护控制的断路器等效可靠性指标的等效故障率;
c3、计算变电站主接线的等效可靠性指标
c31、计算变电站主接线等效可靠性指标的等效可靠度Rs
c32、计算变电站主接线等效可靠性指标的等效故障率λs
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