電力系統繼電保護的可靠性研究

摘要：對電力系統發揮重要作用的繼電保護，隨著我國電力建設規模的不斷擴大、電網的日益復雜化。在電力企業安全生產中，繼電保護的重要性日漸凸顯。目前，在電力系統繼電保護的可靠性方面，國內外的研究正在逐步深入，并且取得一定的成果。

關鍵詞：繼電保護 電力系統 裝置 可靠性 冗余設計

0 引言

當前，我國的經濟建設正以高速發展的態勢進行著，城市電網系統的覆蓋地域極其遼闊，電網的規模也越來越大，大量的、各種類型的電氣設備通過電氣線路緊密的聯結在一起，在各種復雜運行環境和人為因素的影響和制約下，進而導致電網發生電氣故障，在一定程度上影響人們的生產和生活。因此，必須提高繼電保護運行的可靠性，進而確保電網供配電系統的正常運行。為了防止繼電保護不正確動作的發展，進而對繼電保護裝置進行正確設置，同時對各項相關定值進行準確地整定，在一定程度上對于促進電力事業的長期發展具有重要意義。

1 繼電保護系統可靠性指標的定義

1.1 繼電保護的內涵。所謂繼電保護就是電力系統中提供供電可靠性、保障電氣設備安全的最基本、最有效的核心技術手段之一。對電力系統能夠滿足選擇性、可靠性、速動性和靈敏性要求的繼電保護系統，在電力系統中，主要利用元件發生異常情況或者短路時電壓、電流、頻率、功率等電氣量的變化，進一步構成繼電保護動作。對于繼電保護系統來說，從系統設計的角度來看，是按照某種連接方式，由一套或幾套相互獨立的繼電保護裝置共同組成的系統。在電力系統運行過程中，變壓器、母線、線路等電力設備，在沒有繼電保護狀態下是不允許運行的。

1.2 繼電保護的基本任務。首先，當電力系統中被保護的元件發生故障時，為了確保故障元件能夠從電力系統中及時、迅速地斷開，進而在暫態穩定性等方面滿足電力系統某些特定要求，同時將電力系統元件本身的損壞降到最低。所以，通過故障元件的繼電保護裝置給距離故障元件最近的，并且具備脫離故障功效的斷路器及時、準確地發出跳閘指令，進而在一定程度上，將發生故障的元件對電力系統安全供電的影響降到最低。其次，對于電氣設備不正常工作的情況，通過繼電保護能夠進行反應，也就是繼電保護裝置能夠根據設備運行維護條件的不同，以及工作情況的不同，發出相應的示警信號，便于裝置進行自動調節，或者通過值班人員進行處理，或者自動切除某些電氣設備（繼續運行會引發事故的電氣設備）。繼電保護系統在執行此項任務過程中，其裝置允許帶一定的延時動作。

1.3 繼電保護的可靠性指標。所謂繼電保護的可靠性是指在規定的條件下、在預定的時間內，一個配置合理，并且在技術、質量等方面都比較優良的系統、設備或元件完成預定功能的能力，即保護該動作時動作、不該動作時不動作，確保切除的是故障設備或線路。它是繼電保護性能的最根本的要求，而提高誤動作和不拒動，則是繼電保護可靠性的核心。繼電保護可靠性一般有功能的可靠性和設備的可靠性2個指標：功能的可靠性是指對處于工作狀態的繼電保護系統從一次系統的觀點對其正確工作的概率進行描述，該指標受繼電保護的誤動、拒動概率的影響和制約；設備的可靠性即從二次系統的觀點描述投入運行的繼電保護系統在任何時刻都處于工作狀態的概率。在進行可靠性分析時，通常采用概率法、故障樹分析法及馬爾科夫模型法等，由于繼電保護系統屬于可修復系統，所以其中的概率法不適合其求解。

2 提高繼電保護可靠性運行的相關措施

2.1 冗余設計及其優化。利用容錯技術設計繼電保護系統。在保護系統中，對于不影響整個繼電保護系統正確工作的個別繼電保護裝置，在該系統中容許其不正確工作。通常情況向，借助硬件冗余的方式完成容錯技術。在設計繼電保護系統硬件冗余的過程中，常用的冗余設計方法有：重復（并聯）、多數表決、備用切換等，這些冗余設計方式一方面改善可用度、拒動率等可靠性指標，另一方面對誤動率這一可靠性指標進行惡化。通過多數表決的方式可以對所有可靠性指標進行顯著改善，同時能夠使可靠性指標達到任一規定值；對于備用切換方式來說，對可用度指標雖然有顯著的改善，但對一些如拒動率、誤動率及可靠度等可靠性指標沒有影響。因此，在設計硬件冗余的過程中，根據繼電保護系統的實際情況，選擇合適的冗余方法。通過對冗余設計進行優化，在一定程度上使其滿足可靠性指標，同時確保所用的保護裝置數量最少，實現投資額最小。前者為變量，后者為約束條件。雖然繼電保護系統投資額降低與可靠性提高二者之間是存在矛盾的，但是，通過對比各種優化的冗余設計方案，可以有效解決這兩種求極值的問題。因此，在實際過程中，設計繼電保護系統時，都要使其滿足可靠性指標，并且將其放于第一位。

2.2 繼電保護裝置可靠性的提高。進一步合理地、正確地計算、評價繼電保護裝置運行的可靠性指標是一個十分值得深入研究和探討的問題。一方面，可將區外故障正確不動作納入繼電保護裝置運行時正確工作率指標計算內；另一方面，可將正確動作率指標細分，即由正確動作率和不正確動作率構成，其中，正確動作率包含正常運行時正確不動作率，區內故障正確動作率及區外（正反方向）故障正確不動作率；不正確動作率則包含區外故障誤動率（含正、反方向）、正常運行時誤動作率、拒動率以及故障頻率等。以上兩方面的定義與劃分，有利于對繼電保護裝置的運行性能及出現的問題進行更為具體深入的分析和研究。另外，作為繼電保護裝置必需的輔助配套產品——繼電保護的輔助裝置，其工作的可靠性對保證繼電保護正確動作、促進電力系統穩定、安全運行亦起著非常重要的作用。繼電保護的輔助裝置主要用于電力系統二次繼電保護和自動控制回路中，其主要功能是作為斷路器操作的輔助控制以更好的滿足斷路器的控制操作，同時亦被用作二次回路的切換。通過對裝置中長期帶電的發熱電阻進行特殊設計來降低機箱內的工作溫度，充分考慮和保證輔助裝置的各個回路的絕緣電阻和耐壓水平。

3 繼電保護操作運行工作的規范

3.1 做好驗收工作，通過對繼電保護進行驗收，確定各項施工是否完善，以及電力系統是否具備安全、穩定運行條件的重要保證。工作人員調試完畢繼電保護之后，需要進行專業的驗收，以及進行嚴格自檢，同時填寫相應的驗收單，同時將其送交廠部，然后由廠部組織檢修、運行、生產及做開關合跳試驗，并對保護裝置變動的時間、內容進行詳細的記錄，該記錄在相關負責人簽字確認之后，作為日后查詢的依據。繼電保護試運行試驗確保無誤后，可以啟動運行程序。

3.2 為了避免故障、事故的發生，需要做好繼電保護裝置及二次回路的巡檢工作。在一定程度上，只有做好安全事故的預防工作，才能及時發現隱患。而定期對繼電保護設備進行巡視檢查，則是其重要途徑。全面、細致的檢查工作應包括：壓板、開關位置是否正確；自動裝置、保護壓板是否均按調度要求投入；各回路接線是否正常，有無松脫、發熱甚至焦臭味道的出現；繼電器接點是否完好、線圈及附加電阻是否存在過熱問題；指示燈、監視燈、警鈴等設備情況是否完好、指示是否正常等等。

3.3 完善繼電保護系統，不斷進行技術改造。隨著電子、通信、計算機等技術不斷發展，在一定成程度上推動了繼電保護技術發展，進而打破了繼電保護傳統格局，使繼電保護的自動化水平不斷提高。電力工作者需要不斷進步，在對繼電保護配置與運行的可靠性、速動性、靈敏性以及調試方便等進行綜合性考慮的基礎上，對繼電保護技術做好改造，使繼電保護跟上時代的步伐，適應技術的進步。目前，以微處理器為基礎的計量測試儀表、數字保護裝置、運行監控系統以及發電機勵磁控制裝置等在電力系統中得到廣泛應用，上述裝置都采用緊湊型、低功率的電壓和電流互感器，這些對于提高電力系統特別是電力系統保護的可靠性具有重要意義。

4 結束語

當前，電力系統對電網系統的繼電保護提出更高的要求。在繼電保護技術方面，國內外朝著網絡化、計算機化、測量、控制、保護、數據通信一體化、人工智能化方向發展，這對繼電保護工作者提出了更加艱巨任務，特別是大型企業復雜廠區電網繼電保護可靠性及智能化研究尤為重要。因此，采取一些有效措施提高繼電保護的可靠性具有非常重要的意義。

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