繼電保護系統的可靠性及在電網中的應用探討

劉鋁

摘要：電力系統的第一道防護線就是繼電保護系統，繼電保護系統可以保證電力系統的正常運行，防止故障和異常對電力系統造成的不良影響。伴隨著科學技術的發展，互聯網在電力系統中被廣泛應用，地區之間的聯網工作開始發展，電力系統出現異常和故障的影響范圍擴大。繼電保護系統具有穩定、高速、靈敏等特點，可以保證電力系統正常運行，防止事故的發生，降低因事故發生所造成的經濟損失。文章對繼電保護系統的可靠性及其在電網中的應用進行探討。

關鍵詞：繼電保護系統；電力系統；可靠性；應用；正常運行

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）20-0051-02

隨著電力系統的發展，電力系統自動化水平逐漸提高，其所含的元器件數量不斷增加，內部結構更加復雜，使用的設備越來越先進，這增大了電力系統的發生故障的幾率，經濟損失風險隨之增加。繼電保護系統是電力系統的重要保障，是指在電力系統發生異常狀況或者故障時，可以在最短時間內和最小區域內自動從系統中切除發生故障的設備，或者向工作人員發出信號，讓工作人員解決異常狀況發生的根源，進一步減輕電力系統事故對設備的損壞和對用戶供電所造成的不良影響。本文對繼電保護系統的可靠性及其在電網中的應用進行了探討。

1我國繼電保護系統的發展現狀

我國工業基礎薄弱，工業發展起步較晚，所以我國在繼電保護系統方面的研究應用起步較晚，是從建國后開始的。經過10多年的發展，在20世紀40年代設立了繼電保護學科和繼電保護設計，建立了繼電器制造工業和機電保護技術隊伍，發展速度十分迅速。在50年代末，開始研究晶體管繼電保護，在60年代~80年代得到了大力發展和廣泛采用。從70年代中開始研究基于集成運算放大器的集成電路保護，在80年代末形成了較為完整的體系，取代了晶體管保護。我國機電保護技術從90年代起進入了計算機保護時代，研發了計算機保護軟件。隨著計算機技術和通信技術在繼電保護系統中的應用，繼電保護系統逐漸向計算機化、智能化、自動化、網絡化的方向發展。

2繼電保護系統的可靠性分析

2.1繼電保護裝置的可靠性

繼電保護裝置的可靠性是指當電力系統發生故障或者出現異常狀況時，裝置可以正常運行，進行正確的運作，當電力系統正常運行時拒絕運作。繼電保護裝置的可靠程度可以用可靠性指標數值來表示，這個可靠性指標可以從正確的角度進行定義，也可以從錯誤的角度出發。常用的機電保護裝置可靠性指標有可靠度、可用度、故障率、修復率、檢修率、切換時間、平均無故障工作時間和平均修復時間。

為了提升繼電保護裝置的可靠性，應該從裝置的各方面尋找影響可靠性的原因，針對實際原因采取具有一定針對性的保護措施，還可以定期對保護裝置進行檢修和維修。目前，微機繼電保護裝置在電力系統中廣泛使用，已被普遍應用于電力系統的線路保護、主編差動保護、勵磁控制等多個方面。微機繼電保護裝置可以根據實際運行情況的需要配置進行相應保護，滿足電力系統的各種需求，實現對其“量身定制”，還可以自定義保護功能，在標準保護之外提供特殊保護，最大程度滿足其要求。由于計算機技術在繼電保護裝置中的應用，計算機軟件也成為了影響繼電保護裝置可靠性的重要因素之一，軟件在編寫過程中的一點點誤差和缺陷以及在運行過程中受到了外界的干擾，這都可能影響到軟件的正常運行，造成軟件判斷錯誤，從而不利于繼電保護裝置的有效運行，影響保護裝置的拒絕運行或者錯誤運行。

2.2基于故障樹分析法的繼電保護系統可靠性分析

故障樹分析法是美國貝爾電報公司的電話實驗室在1962年研發的，采取思維邏輯的方法，生動形象地進行了分析工作，具有直觀明了、邏輯性強、思路清晰的他點，是安全系統工程的主要分析方法之一，對安全系統工程進行了系統性、準確性和預測性的研究。繼電保護系統中的硬件系統主要是由電壓電力互感器、二次回路、繼電保護裝置、繼電保護輔助裝置、繼電保護裝置的通信和斷路器及操作機構等組成。對繼電保護系統使用了故障樹分析法，對系統中的硬件系統進行了分組，分為繼電保護時效和斷路器失效兩個部分，用A表示保護正確，B表示斷路器正確，繼電保護系統硬件失效可以用AB+AB+AB=AB+B來表示，如圖1所示。

經過精密的計算，對繼電保護系統硬件的組成模塊的概率重要度有了較為清楚地認知，見表1。

從表1中可以清晰地看出，保護裝置和二次回路占有較大的概率重要度，說明這兩者引起繼電保護系統實效的可能性最大，對硬件系統的影響最大，是繼電保護硬件系統中容易出現故障或者異常情況的部分。

3繼電保護系統在電網中的應用

3.1繼電保護系統在電網中的配置

現代電力系統的電壓越來越高，容量越來越大，為電力系統安全、穩定和可靠的運行提供了較大的難題，而繼電保護系統在一定程度上解決了這一難題。繼電保護系統的工作狀況一般分為兩種，一種是正確動作，另一種是不正確動作，不正確動作又分為了誤動和拒動兩種工作狀況。當電網中的某個元件發生故障或者異常狀況時，這個元件的繼電保護系統會在第一時間向離異常元件最近的斷路器發出跳閘的命令，迅速從電網中斷開異常元件。所以，在電網中合理配置繼電保護系統，影響到了電網中一次元件的正常運行，可以有效降低電網系統的故障率，很大提升電網的可靠性和穩定性。本文以110 kV的線路為例對電網的繼電保護系統進行了探討。

在電網線路繼電保護系統的配置中，110 kV的線路大部分使用的是中性點直接接地的網絡線路，線路是單側電源時，使用階段式相電流和零序電流保護形勢來保護相間和接地故障，當線路是雙側電源時，使用階段是相見和接地距離保護、零序電流保護。

在電網母線繼電保護系統的配置中，110 kV線路的母線必須安裝專用的母線保護來保護110 kV單母線和重要發電廠的母線保護，裝設專用的母線保護來迅速且觸目線上的故障或者異常狀況。當母線裝設專用母線保護之后，要安裝具有相當靈敏系數的線路或者變壓器，更有利于母線的后備保護。

在電網變壓器繼電保護系統的配置中，為了保護電網中的重要設備之一——變壓器。大部分要進行零序電流保護、總理安插動保護、電流速斷保護、瓦斯保護、過電壓保護、過電流保護和過負荷保護，為了保證變流器的正常、穩定地運行。

3.2確定配電網可靠性指標

配電網可靠性指標主要由系統平均停電頻率指標（SAIFI）、用戶平均停電頻率指標（CAIFI）、平均供電可用率指標（ASAI）三個參數進行確定的。系統平均停電頻率指標市直供電系統用戶在單位時間內遭受的平均停電次數，用戶平均停電頻率指標是指每個被停電的用戶在一個供電年度中遭受的平均停電次數，平均供電可用率指標是用實際供電總時間和用戶要求供電總時間兩者之間的比來表示的。通過對三個指標的分析和計算，可以得出較為準確的數據，有利于確定配電網的可靠性，通過分析可以得出繼電保護系統對電網可靠性和穩定性的重要影響。

4結語

本文對繼電保護系統的可靠性及其在電網中的應用進行了探討，發現繼電保護系統具有很強的穩定性和可靠性，有利于電力系統的運行安全，保證電力系統正常運行，防止事故的發生，降低因事故發生所造成的經濟損失。繼電保護系統是電力系統的重要保障，可以在最短時間內自動從系統中切除發生故障的設備，減輕了電力系統事故對用戶供電所造成的不良影響，避免了大規模停電情況的發生。

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