電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動化裝置的可靠性分析

摘 要：對于電力系統(tǒng)而言，繼電保護(hù)與自動化裝置是必不可少的基礎(chǔ)組成，其可以直接反映出電力系統(tǒng)中相關(guān)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，具備遙測、遙信、遙調(diào)與遙控等功能，不僅可以及時(shí)判斷相關(guān)設(shè)備是否發(fā)生故障，而且可以防止系統(tǒng)故障進(jìn)一步擴(kuò)大，所以保證繼電保護(hù)與自動化裝置的可靠性有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就針對該問題展開討論，首先分析繼電保護(hù)與自動化裝置的工作特點(diǎn)，然后提出分析其可靠性的指標(biāo)體系，接下來說明電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的應(yīng)用與自動化裝置，最后提出提高繼電保護(hù)可靠性的有效措施。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；自動化裝置；可靠性分析

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、繼電保護(hù)與自動化裝置的工作特點(diǎn)

當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，比如短路或者過載運(yùn)行，要保證繼電保護(hù)裝置動作的可靠性，才能及時(shí)發(fā)送對應(yīng)的信號，操作其它電氣設(shè)備將故障點(diǎn)及時(shí)切除。而電力系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中發(fā)生故障的機(jī)率相對較小，因此繼電保護(hù)裝置動作不是很頻繁。繼電保護(hù)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(hù)裝置無法在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)、可靠的動作，從而無法將電力系統(tǒng)的故障及時(shí)切除，如果繼電保護(hù)裝置故障嚴(yán)重，有可能會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰；而誤動故障則是指繼電保護(hù)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(tǒng)未發(fā)生故障時(shí)發(fā)出誤動作，繼電保護(hù)的誤動也會帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。而自動化裝置的主要作用是針對電力系統(tǒng)中各種設(shè)計(jì)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(yùn)行參數(shù)的測量、調(diào)節(jié)、傳輸與控制的準(zhǔn)確性。

二、電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的基本要求

具體而言，繼電保護(hù)裝置必須滿足以下幾點(diǎn)基本要求：第一，選擇性，一旦供電系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，繼電保護(hù)裝置必須能夠選擇性的切除故障點(diǎn)，首先將與故障點(diǎn)距離最近的斷路器切斷，保證系統(tǒng)中其它未發(fā)生問題的部分可以繼續(xù)正常運(yùn)行。第二，靈敏性，通?？梢圆捎渺`敏系統(tǒng)對保護(hù)裝置的靈敏性做出評價(jià)，在繼電保護(hù)裝置保護(hù)范圍內(nèi)，無論哪個位置發(fā)生短路，或者發(fā)生何種性質(zhì)的短路故障，保護(hù)裝置均不得產(chǎn)生拒動動作，相應(yīng)的如果保區(qū)范圍外出現(xiàn)問題，則保護(hù)裝置不得產(chǎn)生誤動作。第三，速動性，即要求保護(hù)裝置能夠在最短時(shí)間內(nèi)將設(shè)備故障切除，將短路電流對電氣設(shè)備的損壞控制在最小程度內(nèi)，提高系統(tǒng)電壓恢復(fù)的速度，為電氣設(shè)備的自啟動創(chuàng)造更加有利的條件，且發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)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(hù)裝置的可靠性，則事故影響會進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至?xí)蔀閷?dǎo)致故障發(fā)生的根本原因。為保證保護(hù)裝置動作的可靠性，要進(jìn)一步保證保護(hù)裝置在設(shè)計(jì)方面、整定計(jì)算以及安裝調(diào)試過程中的準(zhǔn)確性，并且要進(jìn)一步保證保護(hù)裝置的各個組成元件質(zhì)量可靠，且采取合理的運(yùn)行維護(hù)措施，從而提高保護(hù)的有效性與可靠性。

三、繼電保護(hù)與自動化裝置可靠性指標(biāo)體系

通常繼電保護(hù)裝置無論是構(gòu)成原理還是輸入特征量，均體現(xiàn)出一定的復(fù)雜性，基于經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度而言，其屬于可維修產(chǎn)口。由于繼電保護(hù)裝置特殊的工作原因，所以必須采用多項(xiàng)可靠性特征量來表征其可靠性指標(biāo)，當(dāng)然可靠性指標(biāo)體系中指標(biāo)數(shù)量不宜過多，也不宜過于復(fù)雜。結(jié)合我國電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，根據(jù)繼電保護(hù)的工作特征，可以從以下幾個可靠性特征量對繼電保護(hù)的可靠性做出全面評價(jià)：

第一，成功率，即基于特定的條件下產(chǎn)品可以完成特定功能的機(jī)率，或者試驗(yàn)成功的機(jī)率。第二，平均無故障工作時(shí)間或者平均壽命，針對可修復(fù)產(chǎn)品而言可以選擇平均無故障工作時(shí)間，即兩次故障之間工作時(shí)間的平均值，針對不可修復(fù)產(chǎn)品則選擇平均壽命，即產(chǎn)品在失效前的平均工作時(shí)間，繼電保護(hù)裝置屬于可維修產(chǎn)品，因此選擇平均無故障工作時(shí)間為指標(biāo)。第三，有效度，通過該指標(biāo)可以將修復(fù)的繼電保護(hù)與自動化裝置運(yùn)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(tǒng)運(yùn)行的可靠性。有效度可以用下式表達(dá)：A=TMIBF/（TMIBF+TMTTR）

式中A表示有效度，TMTTR表示平均修復(fù)時(shí)間，即發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)故障直至修復(fù)所需的平均時(shí)間，TMIBF則表示平均無故障工作時(shí)間。繼電保護(hù)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(chǎn)品，其可靠性特征量包括平均無故障工作時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間以及有效度等。

四、提高繼電保護(hù)與自動化裝置可靠性的措施

（一）提高繼電保護(hù)的可靠性

具體而言，提高繼電保護(hù)可靠性運(yùn)行的主要方法有以下幾種：

1冗余設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施

可以采用硬件冗余可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)容錯的設(shè)計(jì)要求。所謂容錯技術(shù)，是指繼電保護(hù)系統(tǒng)中的某個保護(hù)裝置即使動作不正確，仍然不會對系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)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(biāo)，具體的方法包括并聯(lián)、備用切換以及多數(shù)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(shí)際應(yīng)用過程中，在選擇冗余方式時(shí)要與繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況密切結(jié)合，以滿足系統(tǒng)各項(xiàng)可靠性指標(biāo)為前提，通過硬件冗余的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)投入最小、保護(hù)裝置數(shù)量最少的運(yùn)行保護(hù)管理目標(biāo)。

2提高繼電保護(hù)裝置的可靠性

在繼電保護(hù)可靠運(yùn)行管理過程中，要對繼電保護(hù)裝置的各項(xiàng)可靠性指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確、合理的計(jì)算，在計(jì)算繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的正確率時(shí)，區(qū)外故障的正確不動作也可以包含在內(nèi)；此外，在電力系統(tǒng)的二次繼電保護(hù)與自動控制回路中，主要采用繼電保護(hù)輔助配套裝置進(jìn)行保護(hù)，該輔助設(shè)備運(yùn)行的可靠性會對整個繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性產(chǎn)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(hù)裝置的維護(hù)工作

在日常運(yùn)行管理過程中，要做好繼電保護(hù)裝置的維護(hù)工作，才能進(jìn)一步提高系統(tǒng)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(hù)裝置進(jìn)行定期檢修與查評，具體檢修項(xiàng)目包括各類二次設(shè)備元件標(biāo)志、名稱是否齊全；檢查各類轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕與動作等，保證其靈活性，排除接點(diǎn)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(jì)、繼電器、接線端子螺釘松動的故障；進(jìn)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(jī)構(gòu)的異常問題等。在完成繼電保護(hù)裝置的定期查評工作后，還要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)將其分類：其中一類設(shè)備要達(dá)到技術(shù)狀況良好、無運(yùn)行缺陷、保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)；二類設(shè)備要達(dá)到設(shè)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(shè)備安全的標(biāo)準(zhǔn)；而三類設(shè)備則是指存在重大性能問題，直接影響到系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。在維護(hù)檢查過程中，如果發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)存在問題，要在第一時(shí)間予以處理，排除隱患；對于一些已經(jīng)排除缺陷的繼電保護(hù)裝置，則要建立相應(yīng)的缺隱臺賬，做好記錄，為后續(xù)的檢修工作提供參考。

（二）提高繼電保護(hù)自動化裝置的可靠性

首先對設(shè)備的設(shè)定值、初始狀態(tài)等情況進(jìn)行全面了解，因?yàn)槔^電保護(hù)自動化裝置的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行相對比較復(fù)雜，其初始設(shè)定情況對后續(xù)的運(yùn)行操作會產(chǎn)生重要的影響，可以說評價(jià)裝置可靠性的一項(xiàng)重要因素就是其原始數(shù)據(jù)的設(shè)定情況，因此在設(shè)備投運(yùn)前要對其相關(guān)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行全面了解，例如技術(shù)資料、設(shè)計(jì)圖紙以及其它數(shù)據(jù)信息等；其次，要對裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)與分析，并以此為參考對其運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，因?yàn)榻?jīng)過一段時(shí)期的運(yùn)行，任何設(shè)備均會出現(xiàn)不同程度的問題，并且運(yùn)行時(shí)間越長，問題就會越突出，所以要對設(shè)備中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行定期檢查與排除，提高檢修工作的科學(xué)性，提高設(shè)備的可靠性與安全性；第三，要注意自動化裝置的技術(shù)更新與改造，以適應(yīng)不斷發(fā)展的電力系統(tǒng)，在選擇自動化裝置時(shí)，選用兩套生產(chǎn)廠家不同、同時(shí)原理也不同的繼電保護(hù)與自動化裝置對線路、母線等進(jìn)行有效的保護(hù)，這樣做可以有效減少事故發(fā)生的頻率，同時(shí)也要注意，同一站內(nèi)不應(yīng)有太多的保護(hù)裝置型號。采用全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)，其非常規(guī)互感器的數(shù)字信號以多播方式通過合并單元發(fā)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(yùn)行的可靠性進(jìn)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(shù)等對設(shè)備進(jìn)行日常監(jiān)測和保護(hù)。

總之，經(jīng)過相關(guān)人員的長期努力，繼電保護(hù)與自動化裝置的可靠性已經(jīng)得到了顯著的提高。相信經(jīng)過堅(jiān)持不懈的努力，繼電保護(hù)與自動化裝置的可靠性還會不斷提高。

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