電力系統繼電保護與自動化裝置的可靠性分析

摘 要：對于電力系統而言，繼電保護與自動化裝置是必不可少的基礎組成，其可以直接反映出電力系統中相關電氣設備的運行狀態，具備遙測、遙信、遙調與遙控等功能，不僅可以及時判斷相關設備是否發生故障，而且可以防止系統故障進一步擴大，所以保證繼電保護與自動化裝置的可靠性有著重要的現實意義。本文就針對該問題展開討論，首先分析繼電保護與自動化裝置的工作特點，然后提出分析其可靠性的指標體系，接下來說明電力系統中繼電保護的應用與自動化裝置，最后提出提高繼電保護可靠性的有效措施。

關鍵詞：繼電保護；自動化裝置；可靠性分析

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

一、繼電保護與自動化裝置的工作特點

當電力系統出現故障，比如短路或者過載運行，要保證繼電保護裝置動作的可靠性，才能及時發送對應的信號，操作其它電氣設備將故障點及時切除。而電力系統日常運行過程中發生故障的機率相對較小，因此繼電保護裝置動作不是很頻繁。繼電保護裝置的故障形式包括拒動故障與誤動故障兩種，其中拒動故障是指繼電保護裝置無法在電力系統出現故障時及時、可靠的動作，從而無法將電力系統的故障及時切除，如果繼電保護裝置故障嚴重，有可能會導致電力系統的崩潰；而誤動故障則是指繼電保護裝置因自身動作特性不良，或者受到其它干擾因素的影響在系統未發生故障時發出誤動作，繼電保護的誤動也會帶來一定的經濟損失。而自動化裝置的主要作用是針對電力系統中各種設計的運行參數進行實時監測與控制，對于自動化裝置而言，其主要的故障形式就是無法保證運行參數的測量、調節、傳輸與控制的準確性。

二、電力系統中繼電保護的基本要求

具體而言，繼電保護裝置必須滿足以下幾點基本要求：第一，選擇性，一旦供電系統中出現故障，繼電保護裝置必須能夠選擇性的切除故障點，首先將與故障點距離最近的斷路器切斷，保證系統中其它未發生問題的部分可以繼續正常運行。第二，靈敏性，通常可以采用靈敏系統對保護裝置的靈敏性做出評價，在繼電保護裝置保護范圍內，無論哪個位置發生短路，或者發生何種性質的短路故障，保護裝置均不得產生拒動動作，相應的如果保區范圍外出現問題，則保護裝置不得產生誤動作。第三，速動性，即要求保護裝置能夠在最短時間內將設備故障切除，將短路電流對電氣設備的損壞控制在最小程度內，提高系統電壓恢復的速度，為電氣設備的自啟動創造更加有利的條件，且發電機并列運行的穩定性也可以得到有效改善。第四，可靠性，如果無法保證繼電保護裝置的可靠性，則事故影響會進一步擴大，甚至會成為導致故障發生的根本原因。為保證保護裝置動作的可靠性，要進一步保證保護裝置在設計方面、整定計算以及安裝調試過程中的準確性，并且要進一步保證保護裝置的各個組成元件質量可靠，且采取合理的運行維護措施，從而提高保護的有效性與可靠性。

三、繼電保護與自動化裝置可靠性指標體系

通常繼電保護裝置無論是構成原理還是輸入特征量，均體現出一定的復雜性，基于經濟價值角度而言，其屬于可維修產口。由于繼電保護裝置特殊的工作原因，所以必須采用多項可靠性特征量來表征其可靠性指標，當然可靠性指標體系中指標數量不宜過多，也不宜過于復雜。結合我國電力系統的實際情況，根據繼電保護的工作特征，可以從以下幾個可靠性特征量對繼電保護的可靠性做出全面評價：

第一，成功率，即基于特定的條件下產品可以完成特定功能的機率，或者試驗成功的機率。第二，平均無故障工作時間或者平均壽命，針對可修復產品而言可以選擇平均無故障工作時間，即兩次故障之間工作時間的平均值，針對不可修復產品則選擇平均壽命，即產品在失效前的平均工作時間，繼電保護裝置屬于可維修產品，因此選擇平均無故障工作時間為指標。第三，有效度，通過該指標可以將修復的繼電保護與自動化裝置運行過程中的可靠性反映出來，還能夠在某種程度上反映出整個電力系統運行的可靠性。有效度可以用下式表達：A=TMIBF/（TMIBF+TMTTR）

式中A表示有效度，TMTTR表示平均修復時間，即發現產品出現故障直至修復所需的平均時間，TMIBF則表示平均無故障工作時間。繼電保護裝置可靠性特征量可以如下圖1表示：

電力自動化裝置也屬于可維修產品，其可靠性特征量包括平均無故障工作時間、平均修復時間以及有效度等。

四、提高繼電保護與自動化裝置可靠性的措施

（一）提高繼電保護的可靠性

具體而言，提高繼電保護可靠性運行的主要方法有以下幾種：

1冗余設計及優化措施

可以采用硬件冗余可以實現繼電保護系統容錯的設計要求。所謂容錯技術，是指繼電保護系統中的某個保護裝置即使動作不正確，仍然不會對系統的整體性能產生太大影響。硬件冗余可以有效改善拒動率以及可用度等指標，具體的方法包括并聯、備用切換以及多數表決等，而且如果誤動率有所惡化，也可以通過硬件冗余顯示出來。在實際應用過程中，在選擇冗余方式時要與繼電保護系統的實際運行情況密切結合，以滿足系統各項可靠性指標為前提，通過硬件冗余的優化實現投入最小、保護裝置數量最少的運行保護管理目標。

2提高繼電保護裝置的可靠性

在繼電保護可靠運行管理過程中，要對繼電保護裝置的各項可靠性指標進行準確、合理的計算，在計算繼電保護裝置運行的正確率時，區外故障的正確不動作也可以包含在內；此外，在電力系統的二次繼電保護與自動控制回路中，主要采用繼電保護輔助配套裝置進行保護，該輔助設備運行的可靠性會對整個繼電保護系統運行的安全性產生直接的影響，所以不能忽略輔助裝置的可靠性管理，要采取多種有效措施保證其可靠性。

3做好繼電保護裝置的維護工作

在日常運行管理過程中，要做好繼電保護裝置的維護工作，才能進一步提高系統工作的可靠性。具體而言要做到以下幾個方面：第一，對繼電保護裝置進行定期檢修與查評，具體檢修項目包括各類二次設備元件標志、名稱是否齊全；檢查各類轉換開關、按鈕與動作等，保證其靈活性，排除接點接觸壓力不足或者被燒傷等問題；全面檢查制室光字牌與紅綠指示燈泡，保證其完好性；排除各種盤柜上表計、繼電器、接線端子螺釘松動的故障；進一步排除電壓互感器與電流互感器二次引線端子的故障；檢查配線，是否存在固定卡子脫落的問題；此外，還要排除斷路器各個操作機構的異常問題等。在完成繼電保護裝置的定期查評工作后，還要根據設備的運行狀態將其分類：其中一類設備要達到技術狀況良好、無運行缺陷、保護系統運行的安全性與經濟性的標準；二類設備要達到設備基本完好、允許個別零件存在一般缺陷、不會危及到人身與設備安全的標準；而三類設備則是指存在重大性能問題，直接影響到系統運行的安全性與可靠性。在維護檢查過程中，如果發現繼電保護存在問題，要在第一時間予以處理，排除隱患；對于一些已經排除缺陷的繼電保護裝置，則要建立相應的缺隱臺賬，做好記錄，為后續的檢修工作提供參考。

（二）提高繼電保護自動化裝置的可靠性

首先對設備的設定值、初始狀態等情況進行全面了解，因為繼電保護自動化裝置的結構與運行相對比較復雜，其初始設定情況對后續的運行操作會產生重要的影響，可以說評價裝置可靠性的一項重要因素就是其原始數據的設定情況，因此在設備投運前要對其相關初始數據進行全面了解，例如技術資料、設計圖紙以及其它數據信息等；其次，要對裝置的運行情況進行全面的統計與分析，并以此為參考對其運行規律進行總結，因為經過一段時期的運行，任何設備均會出現不同程度的問題，并且運行時間越長，問題就會越突出，所以要對設備中可能出現的問題進行定期檢查與排除，提高檢修工作的科學性，提高設備的可靠性與安全性；第三，要注意自動化裝置的技術更新與改造，以適應不斷發展的電力系統，在選擇自動化裝置時，選用兩套生產廠家不同、同時原理也不同的繼電保護與自動化裝置對線路、母線等進行有效的保護，這樣做可以有效減少事故發生的頻率，同時也要注意，同一站內不應有太多的保護裝置型號。采用全數字化保護系統，其非常規互感器的數字信號以多播方式通過合并單元發布到過程總線，采樣和控制信息存儲在過程總線中。第四，使用裝置檢測器對裝置運行的可靠性進行檢測。此外，還可用變壓器繞組變形測試和紅外熱成像技術等對設備進行日常監測和保護。

總之，經過相關人員的長期努力，繼電保護與自動化裝置的可靠性已經得到了顯著的提高。相信經過堅持不懈的努力，繼電保護與自動化裝置的可靠性還會不斷提高。

參考文獻

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