繼電保護可靠性管理系統設計與實現

廖淼軍　陳旭

摘要：社會的發展讓電力的應用越來越廣泛，建設電站的數量越來越多，帶給了人們更加方便、快捷的生活方式。對繼電保護系統的可靠性研究方面所獲得的數據并不完善，對其可靠性管理系統的設計也成為此行業的重要內容。文章就繼電保護的可靠性進行了分析，對其管理系統的設計和實現進行了討論。

關鍵詞：繼電保護；可靠性管理；系統設計；電力應用；電站建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）07-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.011

當前階段，電站的建設如火如荼地開展起來，其帶給人們更加方便快捷的生活，讓人們的生活發生了極大的變化，帶領人們走進新時代的現代化社會。但是，電站的蓬勃興起，并沒有讓繼電保護獲得更大的發展，繼電保護的可靠性依然是其主要的研究方向和重要內容，繼電保護可靠性管理系統的設計和實現成為其未來的研究重點。由于保護系統可靠性所涉及的因素較多，其進行設計和實現方面的難度較大，更加需要相關人員的付出和努力對其進行不斷的探索和研究。因此，更加成熟的保護方案也正在研究過程中。雖然對繼電保護的可靠性正處于研究階段，但是其未來的發展趨勢我們可以預見，其必將為我們帶來更加安全的用電系統，為人類的用電安全保駕護航，為人類的電力發展提供更加堅強的后盾和支持。

1 繼電保護淺析

電力系統在運行的過程中，會因為外界因素或者自身原因發生各種故障，對電力系統或者電站的保護非常不利。為了更好地避免由于故障而給電力系統或者電站造成損失，對故障進行提前預防就顯得非常有必要。在對電力系統安全保護措施的研究中我們發現，帶有觸點的繼電器可以對其進行有效保護，這種機電保護裝置保護電力系統的過程就叫做繼電保護。保護系統可靠性涉及的因素多、保護可靠性基礎數據量大等問題，有針對性的實用化軟件系統仍在探索中。做好繼電保護的研究不僅對電力企業具有非常重要的作用，對我國電力建設也具有非常深遠的意義。一般情況下，繼電保護能夠對電力系統運行中的故障進行預警設置，也就是說電力系統在發生運行異常的時候，繼電保護就會采取相應的手段，對異常進行警報處理，便于維護人能夠及時了解故障的發生時間，并采取有效手段對故障進行排除。在配電網的環境下，電力系統發生異常的時候，繼電保護能夠讓電力設備與配電網相脫離，保證電力設備的安全。因此，在電力系統中進行繼電保護系統的運行，能夠有效地對電力系統的可靠性提供支持，為電力企業的安全提供支撐。電力系統正常運行的主要依靠是繼電保護的正常運行，對其可靠性管理進行設計和研究，對其裝置發揮正常作用、優化功能方面具有重要意義。

2 繼電保護可靠性數據及預處理

繼電保護所需要的可靠性數據表現形式多樣，不僅包括數字，還包括圖表、符號等形式，均產生于系統各項工作正常運行的情況下所收集的數據。對系統來說，主要包括裝置運行時間、裝置產生缺陷時間、缺陷類型、系統運行記錄、系統動作記錄等。其數據的來源主要為系統進行檢修時的報告、系統的故障信息、相應的維護記錄、調度中心出具的運行報告等。

繼電保護裝置龐大、型號較多，并且在部分電廠更新的較為頻繁。其原始數據較多，在對數據進行處理的過程中還發現很多無效數據，因此對繼電保護裝置進行數據預處理就顯得非常有必要。繼電保護裝置正常運行的前提是需要對其運行中的各種數據進行篩選和補充，保證在對系統進行保護的時候所獲得的數據的準確性。所謂的“原始數據”指的是包括記錄號、電壓等級、設備投入時間、型號、批次、ID、設備發生故障的時間、狀態、原因、故障處理時間、恢復運行時間等相關信息，其中的每一條信息都有其特殊性，都需要對其進行充分收集和整理，在其中篩選出具有價值的信息。

經過篩選之后所得的數據包括完整數據、左截尾數據和定時截尾數據。不同的設備因為其投入的時間和運行的情況不同，獲得的數據也不盡相同，甚至還會有很大的差別。因此完整數據的獲得大多數情況下很難實現，大部分數據為定時截尾數據。定時截尾數據還需要對設備的維修情況進行考慮，這時候才能說對其數據的收集和整理具有一定的完整性。

3 繼電保護可靠性的時變特征

繼電保護裝置其實質的函數的套用，通過函數計算出其使用壽命、可靠性程度、失效率等。對其可靠性的保護不僅需要對數據進行收集和整理，同時也需要對其時變特征進行分析，以保證客觀地反映保護系統可靠性水平。

3.1 偶然失效及失效率估算

繼電器的偶然失效一半是因為外力的作用，也就是說因為外界環境的突然作用而造成的保護裝置故障。外界環境對繼電保護裝置作用的強度不同，其所產生的常數不同，那么對其失效率的計算就可以通過函數公式進行計算。對n個裝置進行觀察和監測，此時如果存在截尾數據，則應當對保護裝置進行截尾實驗。

3.2 老化失效及失效率估算

老化失效指的是設備因為使用年限的久遠而造成的老化現象或者因為絕緣而產生的設備故障。對老化率的計算一般采用威布爾分布和正態分布，兩者因為參數和指數的不同，在等效指數分布方面有所不同。其通過函數公式，對可靠度和失效率方面進行明確的表達。其典型的函數公式包括如下：

式中：m為形狀參數；為尺度參數。就老化失效率方面采用的是威布爾函數，在結合最小二乘擬合法估算方法之后，將兩個參數代入到其他公式進行計算。

4 繼電保護程序設計

繼電保護系統進行程序設計的時候，應當從數據處理和可靠性內核分析兩方面進行設計，以保證系統在數據處理方面的準確性，在對其可靠性運行方面做到準確把握。

4.1 數據處理

程序在進行數據處理方面，應當經過兩個步驟：一個是原始數據的獲得；另一個是對數據的整理和分析。在原始數據取得方面，要做到數據準確、全面，力爭將不同系統不同部分的數據進行收集整理，從而為系統進行數據的整理分析做好準備。另外，要對數據進行整理分析，其主要是原始數據中的“系統狀態變化時間”和“設備投入運行時間”相關數據進行整理分析，通過設備的運行和變化了解到設備的狀態，對設備的各個部分運行進行監測。其經過數據收集整理，經過數據篩選，最后所形成的數據將會具有極大的使用價值，因此人員在進行數據收集整理中要認真對待，仔細核對。

4.2 可靠性分析軟件內核

可靠性分析軟件主要包括以下三部分：

第一部分為數據運算。其中包括對設備運行時間的統計和運算，對設備整體運行的可靠性分析以及對設備運行的細節部分的可靠性分析。通過對此三類數據的分析，可以得出設備可靠性運行方面的數據，這些數據也是對其可靠性運行的有力支撐。在此部分首先對設備運行時間進行計算，主要計算設備運行時間，是數據預處理和指標計算必需的組成部分；其次，統計計算整體平均可靠性指標。電網繼電保護裝置的平均運行概況，如統計全年的裝置總動作次數，計算一定范圍內所有保護裝置的正確動作率、誤動率等指標；最后，細節可靠性指標的計算。可以根據需要選擇不同變電站、不同電壓等級、不同型號、不同批次的設備計算其統計可靠性指標。

第二部分為對可靠性時變特征的分析。此部分是在原始數據收集整理的基礎上，對設備的運行變化所做的分析，通過對數據的分析獲得設備可靠性隨著時間變化而產生的變化。此部分能夠獲得設備老化率、失效率的相關計算，其通過函數運行得到對設備的可靠性運行進行實時監控，通過模塊管理提供可靠性管理。比如，針對不同區域的電壓等級進行相應的保護，對其主設備裝置進行相應的記錄，對臺賬進行信息記錄，此時可以將數據預處理之后的文件名保存為“電網保護可靠性數據”，通過老化率進行相應的計算，通過“電壓等級”“設備型號”“設備批次”選出符合用戶要求評估的繼電保護裝置，點擊“確定”即得失效率函數和可靠度函數，同時可通過點擊“函數圖形顯示”按鈕，顯示失效率和可靠度函數圖形。

第三部分是對繼電保護的可靠性進行預測，對其未來可能發生的故障進行預防。此部分建立在第二部分基礎上，只有做好第二部分，才能做好第三部分的預測。此部分主要是針對數據庫中數據的數形，比如所取得的硬件故障等數據，對設備的運行和故障進行計算和預算，計算設備故障的工作時間、失效率函數、可靠度函數等，并通過核實的數值及函數進行時間變量的取值，從而對被研究的對象進行時間點上的可靠性檢測分析，為特定檢修策略提供參考。

5 結語

繼電保護的可靠性管理系統是對電力系統最有效的保護，無論從電廠建設考慮，還是從管理人員角度考慮，都應當做好繼電保護系統的建設和管理，讓繼電保護能夠為電力系統的運行提供強有力的數據支持，為人類提供更加安全、有效的電力服務。國家層面也要對繼電的保護做好相應的政策支持，從相關的規章制度上對電力企業做好規范，讓電力企業對繼電保護引起高度重視，在電力運行過程中做好相應管理工作，保證電力可靠、有序、穩定地發展，保證電力生產能夠為人們的生活造福，為人類的未來做好積淀。

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作者簡介：廖淼軍（1986-），男，廣東梅州人，廣東惠州平海發電廠有限公司繼保檢修工，助理工程師，研究方向：繼電保護。

（責任編輯：黃銀芳）