变电站是智能电网的关键节点,承担了电力系统电能传输和转换任务。继电保护是变电站最为重要的功能之一,是电力系统安全稳定运行的重要保障。我国第一代智能变电站通信网络构建以IEC61850标准为基础,采用过程总线通信,引入网络交换机,用简单的过程总线光纤网络取代传统变电站一、二次设备间繁多的电缆联接,并追加合并单元及智能终端对一次设备进行智能化处理,使得数字化保护在物理结构及功能运行方面与传统的继电保护存在一定区别,其可靠性有待进一步研究。另外,过程总线通信网络所固有的缺陷可能会对继电保护可靠性产生一定影响。准确评估过程总线网络性能,对保护系统可靠性分析及其网络方案优化设计具有十分重要意义。为了维持保护系统可靠性,需要对保护系统进行预防性检修。如何利用有限的维修资源使保护系统运行在最佳状态是一个值得研究的课题。本文对上述问题进行了深入研究,主要研究内容及创新成果如下：1)据交换式以太网的工作原理以及IEC61850定义的过程总线发布／订阅机制,提出了通信网络的最小空间模型。利用最小空间模型构建过程总线通信网络的最优交换空间模型。给出了交换空间模型的多播组划分方法,为过程总线网络的优化设计提供了理论依据。2)深入研究了过程总线的两种典型的数据阻塞模型(即,同步信号阻塞和非同步信号阻塞),针对QoS服务特性,推导以优先级为目标的数据传输延时计算公式。根据以太网的固有阻塞特性,提出了一种通过比较订阅端数据到达时间的过程总线网络时延评估算法。其特点是不需要同步时钟源,测量精度高,可作为过程总线网络性能的在线诊断工具。3)开发了过程总线数据流量生成器和接收器,搭建了继电保护数字化仿真平台,实验测试了某一典型变电站的2种过程总线方案的网络性能,验证了所提模型和方法的正确性。4)提出了过程总线通信故障模型,从安全性和信赖性两个方面,分析了通信故障对保护功能的影响。为了评估供电系统可靠性,建立了由通信故障引起的继电保护拒动模型。根据采样值传输特性,提出了过程总线通信故障的检测方法。5)根据国内继电保护设计准则和IEC61850-90-4组网工程设计导则,提出了几种典型过程总线组网方案。针对复杂系统可靠性分析,引入了改进简化割集算法,并对各种过程总线方案进行了可靠性分析。6)提出了分布式保护系统元件可靠性指标分配方法,建立了以系统可靠性和设计费用为目标的最优化分配模型,并采用评价函数法将多目标问题转化为单目标问题求解出系统的Pareto最优解。7)采用状态空间法建立了保护系统的维修模型,提出了保护系统的可维修性指标分配方法。该项研究对数字化保护系统的运行、检修、维护等工作的合理安排具有十分重要的指导意义。