電力系統繼電保護及自動化裝置可靠性試驗評估研究

葉　峻,吳慶彤

(河南省南陽供電公司,河南 南陽 473000)

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電力系統繼電保護及自動化裝置可靠性試驗評估研究

葉峻,吳慶彤

(河南省南陽供電公司,河南 南陽 473000)

摘要:繼電保護及自動化裝置是電力系統不可或缺的關鍵組成部分，對整個電力系統的平穩、安全運行發揮著重要作用。進行產品的可靠性試驗和研究的目的在于確保產品安全和質量，對繼電保護及自動化裝置進行可靠性試驗和評估可以有效提高繼電保護及自動化裝置的質量和運作效率，保障電力系統的正常運行。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；自動化裝置；可靠性

可靠性技術是一門全新的科學檢測技術，該技術將概率論和數理統計進行整合，對產品參數進行精密計算，旨在提高產品的質量?？煽啃约夹g是研究與產品可靠性相關的因素，如可靠性特征量、可靠性設計、可靠性制造以及可靠性評估等方面，確保產品的可靠性。可靠性技術應用于產品可靠性設計、研究、試驗以及控制全過程，為產品質量提供可靠保證。繼電保護是智能變電站運行的核心程序，繼電保護裝置是電力系統的關鍵組成部分，它具有分辨保護元件是否處于正常運行狀態的功能。自動化裝置目的是對電力系統中運行的設備實施監控，自動測試和調整系統運行中出現的狀況，保證電力系統運行的安全性和可靠性。

1　可靠性指標體系

1.1　裝置的運行

繼電保護裝置在智能變電站電力系統的運行和維護中發揮著重要作用，一旦系統運行出現故障，繼電保護裝置就能及時發現問題，將障礙排除。繼電保護裝置為電力系統的正常運行提供了安全保障，因此，在整個智能變電站的運營維護中，要注意加強繼電保護裝置的檢測、保養和維護工作，以保障繼電保護裝置的正常運行。

自動化裝置的功能體現在對電力系統中各設備的監督和控制上，遠程遙控是自動化裝置的獨特優勢，利用自動化裝置，工作人員可以進行遙測、遙調以及遙控等操作。

1.2　裝置的可靠性指標

繼電保護裝置的種類較多，按照構成原理的不同，可以分為機電型和靜態型兩種不同類型；按照輸入激勵量的不同可以分為單激勵量和多激勵量兩種類型。繼電保護裝置自身的特點以及電力系統的運作性能決定了繼電保護裝置可靠性的高低，也決定了繼電保護裝置抗干擾能力的強弱。一般來說，評定繼電保護可靠性指標的重要參數有以下幾個方面：

(1)成功率R：繼電保護裝置在規定條件下，完成指定任務的成功率。

(2)MTBF(Mean Time Between Failure)，平均故障間隔時間，指繼電保護裝置在規定時間內保持某種功能的能力。

(3)MTTR：mean time to restoration，平均恢復時間，指繼電保護裝置從失效到恢復運轉所需時間的平均值。

(4)有效度：有效度是指繼電保護裝置運行的有效程度，它是反映繼電保護裝置可靠性的綜合指標。

圖1為繼電保護裝置的可靠性特性參數。

與繼電保護裝置不同，自動化裝置屬于可維修產品，其可靠性指標包括平均無故障時間、平均修復時間以及有效度如圖2所示。

圖1 繼電保護裝置的可靠性特征參數圖

圖2 自動化裝置的可靠性指標圖

2　可靠性試驗

2.1　試驗條件

繼電保護及自動化裝置可靠性試驗對環境溫度和電源條件提出了較高的要求。環境溫度條件：該試驗要求在溫度25 ℃、相對濕度在50%左右、大氣壓力在90～100 kPa的環境下進行。電源條件：該實驗要求交流電源為正弦波，且波形畸不超過2%，交流電源的頻率控制在49.5～50.5 Hz之間，交流分量控制在6%以內。除此之外，三相電源必須要保持平衡。

2.2　試驗方案及步驟

該實驗主要是對裝置的MTBF(平均故障間隔時間)和成功率進行可靠性測試，具體實驗操作如下。

2.2.1MTBF(平均故障間隔時間)測試

該項測試采用傳統的實驗手段在實驗室進行，定數截尾實驗是測試MTBF(平均故障間隔時間)的首選方式。表1為試驗中MTBF的各類參數。

表1　MTBF(平均故障間隔時間)實驗參數表

嚴格來說，只有達到指定MTBF值的繼電保護裝置才可以算作是可靠的繼電保護裝置。截尾實效數的范圍最好選定在4～7之間，本實驗將MTBF的值設定為M,且M值須為截尾實踐的倍數。

本實驗將通過抽樣進行，試驗樣品r應該具有代表性，要確保其大小適中。一般來說，試驗樣品r可依據批量大小R來確定。表2為一批合適的試驗樣品數。

表2　合適的試驗樣品數r

該實驗須在持續通電的狀態下進行，繼電保護裝置出口回路觸點的工作狀態可以準確地反映該裝置的平均故障間隔時間，因此，應該對繼電保護裝置出口回路觸點進行實時監測。

該實驗中可人為設定：當相關失效數小于截尾實效數時，該裝置可判為接收；當相關失效數大于或等于截尾實效數時，該裝置可判為拒收。

2.2.2成功率試驗

與MTBF試驗一樣，成功率試驗也采用實驗室試驗，成功率試驗將試驗結果分為成功和實效兩種，成功代表該裝置具有較強可靠性；實效代表該裝置的可靠性能還有待改進。

成功率試驗也是通過抽樣試驗的方式進行，總的來說，成功率試驗的試驗樣品數與MTBF相同，因此，成功率試驗可以和MTBF試驗同時進行。表3為樣品成功率測試的各類參數。

表3　樣品成功率測試參數

該實驗中規定：當試驗中出現的成功率值大于或等于規定的成功率值時，該裝置判定為接收；當試驗中出現的成功率值小于規定的成功率值時，該裝置判定為拒收。

3　可靠性試驗的評估

產品的可靠性評估體系由MTBF評估、MTTR評估、故障率評估、成功率評估、正確動作率評估以及不正確動作率評估等構成。只有對以上六項指標進行綜合測評，才能對電力系統繼電保護裝置及自動化裝置的可靠性進行科學評估。

(1)MTBF評估。MTBF評估主要是對裝置的平均故障間隔時間進行估量，了解電力系統繼電保護及自動化裝置在運行中出現故障的時間。

(2)MTTR評估。MTTR評估主要是對裝置的平均恢復時間進行估量，掌握了解電力系統繼電保護及自動化裝置自動修復故障的能力。

(3)故障率評估。對電力系統繼電保護及自動化裝置的故障率進行評估目的在于了解和掌握該裝置的運轉性能及故障出現的頻率。

(4)成功率評估。成功率是指繼電保護裝置在規定條件下，成功完成指定任務的概率。成功率與平均故障時間值和平均修復時間值密切相關，三者間存在這樣的關系表達式：成功率=平均故障時間值/(平均故障時間值+平均修復時間值)。

(5)正確動作率。正確動作率由正確動作次數和動作進行的次數決定，其關系表達式為：正確動作率=正確動作次數/動作總次數。

(6)不正確動作率。不正確動作率由不正確動作次數和動作進行的次數決定，其關系表達式為：不正確動作率=不正確動作次數/動作總次數。

4　結束語

繼電保護及自動化裝置的可靠性直接關系到整個電力系統的運行狀況，對電力系統繼電保護及自動化裝置進行可靠性測試是確保繼電保護和自動化裝置安全運轉的有效途徑。

在對電力系統繼電保護及自動化裝置進行可靠性測試和評價時，一定要采用科學、合理的試驗方式，對相關指標進行測試和詳細分析，確保試驗的可靠性和科學性。對電力系統繼電保護及自動化裝置進行可靠性測試能促進其平穩運行，也將促進整個電力系統的不斷完善和發展。

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吳慶彤(1977-)，河南南陽人，大專，助理工程師，研究方向：電力系統自動化。

研制開發

Research on Reliability Test and Assessment for Relay Protection

and Automation Device of Power System

YE Jun, WU Qing-tong

(Nanyang Power Supply Company of State Grid, Nanyang 473000, China)

Abstract:Relay protection and automation devices are key components of power system which play an important role in stable and safe operation of the whole power system. Reliability test and research of products aim at guarantying safety and quality of products. By the same token, reliability test and assessment of relay protection and automation devices will lead to better quality and operating efficiency of them which can ensure reliable and normal operation of power system.

Key words:power system; relay protection; automation device; reliability

中圖分類號：TM77

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3664(2015)02-0044-03

作者簡介：葉峻(1974-)，河南南陽人，本科，助理工程師，研究方向：電力系統自動化；

收稿日期：2014-11-13