繼電保護系統的可靠性和風險性分析

張少宏

(邵陽學院，湖南 邵陽 422000)

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繼電保護系統的可靠性和風險性分析

張少宏

(邵陽學院，湖南 邵陽 422000)

摘要：當前，我國繼電保護系統研發能力已經取得了較多成績，且在利用重合閘提高輸電系統穩定性方面具有領先水平,但隨著電力系統對二次自動裝置的要求日益提高,保護可靠性和風險評估的技術、管理水平仍待完善,系統地進行保護可靠性基礎數據積累與挖掘、可靠性與風險評估及增強可靠性的措施制定研究對于加強保護可靠性及運行水平、保障電網安全運行具有重要意義。

關鍵詞：繼電保護；可靠性；風險性

近年來我國發送的一系列大停電事故均一定程度地表明,停電事故往往是從系統中某一元件的故障開始,由于控制措施采取不當或不及時、電網結構的不合理、繼電保護裝置的誤動或拒動等因素的單重或多重作用,引發系列元件故障,這種連鎖性故障的迅速傳播并最終導致了電網的大面積崩潰。

1繼電保護可靠性理論基礎

1.1繼電保護可靠性的概念和特點。可靠性是指元件、設備或系統在預定時間內,規定條件下完成規定功能的能力。繼電保護系統屬于可修復系統,深入分析其可靠性的特點是選取指標、建立模型、進行可靠性分析的前提。其具有以下特點：第一，因為工作環境、自身狀況的可變性,繼電保護系統的可靠度、失效發生時間具有一定的隨機性和概率性。第二，保護系統可靠性涉及因素多,其建模、指標選取及計算具有難度。第三，)保護系統的失效可以分為誤動失效和拒動失效,在制定可靠性指標時應綜合考慮這兩種失效情況,每種失效又可分為可被檢測的和不可被檢測兩類。

1.2繼電保護系統可靠性影響因素。繼電保護系統的可靠性因素主要包括以下方面：第一，裝置硬件。無論是微機保護還是全數字化保護裝置的老化和損壞會、運行維護水平及運行環境的干擾等直接影響保護裝置和系統在規定條件下完成規定功能的能力。第二，裝置軟件。軟件的可靠性很難根據物理要素進行預計,而主要取決于原理性能、系統輸入、系統的使用和軟件設計等。第三，互感器等相關一次設備。CT、PT等互感器及斷路器等一次設備通過傳變輸入量和執行輸出而直接影響著保護系統正確反映一次系統狀態、不拒動、不誤動的能力。第四，二次回路。當前，全數字化保護系統采用高速網絡通信代替了二次電纜,二次回路具備了自我監測的能力。電子式互感器與保護裝置之間的光纖鏈路、交換機若出現斷鏈或故障,保護裝置接收不到報文就會及時發出告警。

2繼電保護可靠性的風險性評估。風險是指在某一特定環境下,在某一特定時間段內,某種損失發生的可能性。20世紀90年代初,為克服之前可靠性研究中注重事故概率,而忽視后果嚴重的小概率事件的不足,風險的概念逐漸被引入電力系統。風險指標具有累積的特性,可計算系統在未來一個時間點的風險,也可以計算系統在未來一段時間的累積風險。

在電力系統運行風險評估中,對于保護系統可靠性模型的考慮還較為粗略,也往往因此影響了評估效果。為提高電力系統風險評估的準確程度和保護系統本身風險評估的水平,應該突破一次系統元件的范疇,建立涵蓋一、二次系統的保護風險評估模型。電力系統安全度和充裕度的概念也應合理延伸至保護系統可靠性研究領域。目前在保護可靠性研究領域,諸如正確動作率、誤動率和拒動率等指標均是從保護動作失效后果統計的層面來反映繼電保護整體的長期可靠性,而對于繼電保護系統短期的動態可靠性考慮不夠。因為沒有計及繼電保護實際運行環境對其的影響,難以有效反映系統方式變化時繼電保護的實際風險。

3繼電保護可靠性的新進展

3.1全數字化保護系統可靠性。IEC61850標準的頒布、高速以太網交換技術的發展及非常規互感器技術的實用化使保護系統乃至電力系統逐步向全數字化、智能化方向發展。在全數字化保護系統中,非常規互感器的數字信號輸出通過合并單元。以多播方式發布到過程總線,保護等智能電子裝置從過程總線獲取采樣和控制信息。全數字化保護系統在具有一系列突出優點的同時,其可靠性問題受到普遍關注。與常規保護系統相比,全數字化保護系統在系統結構、構成元件及工作模式等方面都存在較大差異。建立全數字化保護系統的可靠性模型,對于系統的設計和運行具有重要意義。在傳統保護系統中,更注重對保護系統總體可靠性的研究,而對于全數字化保護系統,由于其包含更多的電子裝置,總體可靠性指標已不足以全面刻畫系統的可靠性。

3.2廣域保護可靠性。在復雜大電網環境下,繼電保護系統的可靠性研究已日益顯得重要,其可靠性指標的確立和選取依據、可靠性評估所需要的基礎數據的統計、評估方法、保護系統動態可靠性及風險研究等都還有待完善。特別在廣域保護、全數字化保護等新原理、新技術模式下,由于繼電保護裝置及相關一次設備構成復雜化,保護可靠性研究需要涉及的因素多、評估難度大,如何有效分析保護系統的可靠性,是當前研究的重要方向。廣域保護的可靠性研究主要面臨以下幾方面的新問題:第一，確定廣域保護系統及其裝置的可靠性指標、數學模型都還有待研究。第二，作為廣域保護重要支撐技術的廣域測量系統(WAMS)的可靠性值得思考。第三，當保護裝置或保護系統及相關的通訊設備采用備用冗余設計時,該系統成為一個單元件或多元件備用系統,多元件備用系統的可靠性研究也值得關注。

結語

電力系統的發展對繼電保護提出了越來越高的要求。隨著WAMS技術、先進通訊技術、電子式互感器等的迅速發展和應用,繼電保護系統可利用的信息資源、技術資源發生了根本性變化,現階段繼電保護的原理、實現手段和評估方法也在適應電網規模和新興技術的發展而有所創新,廣域保護、全數字化保護、繼電保護狀態檢修、定值在線整定及校核等新原理、新技術應運而生,但因為保護系統的復雜性、不確定性而少見突破性進展。總之,繼電保護可靠性及風險評估順應電力系統發展趨勢,符合工程實際需求。

參考文獻：

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[2]王鋼,丁茂生.數字繼電保護裝置可靠性研究[J].中國電機工程學報,2015(7).

[3]賀家李.繼電保護的可靠性與動態性能仿真[J].電網技術,2013(9).

中圖分類號:TM77

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)06-0012-01

作者簡介：張少宏(1994-)，男，漢，湖南醴陵人，邵陽學院電氣工程系自動化專業，2012級。