電力系統繼電保護及自動化裝置可靠性試驗與評估

張慶明

國網內蒙古東部新巴爾虎左旗供電有限公司

電力系統繼電保護及自動化裝置可靠性試驗與評估

張慶明

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電力系統中的繼電保護裝置主要起到對基礎元件和電路加以保護的作用，比如在發電機、線路出現可能危害整個電力系統運行的故障時，繼電保護裝置可向控制器發送短路信號或執行跳閘命令，從而防止事故進一步擴大。繼電保護裝置作為一種自動化保護設備，經過長時間的改造和創新后，已逐步實現智能化，但這并不意味著電力系統的運行穩定性得到了徹底保障，人為因素和設備老化因素等諸多原因均有可能危害電力系統的安全。因此，有必要不斷加強繼電保護裝置運行可靠性研究，切實保障電力系統的穩定運行。

電力系統繼電保護；自動化裝置；可靠性試驗

可靠性技術是一種通過提高管理水平和技術水平來提高產品質量的辦法，通過建立實驗，用數理分析實驗數據的辦法評估實驗對象的質量性能，概率論是其理論基礎。目前，可靠性技術在企業中廣泛的應用，貫穿設計、研發、調試、生產等質量控制的整個過程。電力系統繼電保護及自動化裝置是電力系統的保護、控制部分，其質量的可靠性對電力系統的穩定性至關重要，需要通過可靠性試驗來檢驗其運行效果。

1 電力系統繼電保護與自動化裝置的概述及工作特征

電力系統繼電保護屬于一種保護電氣設備安全運用的技術手段，其能夠為電力系統的運行安全提供評價，判斷和發展電力系統中存在的故障，并及時采取合理的措施進行處理，避免故障形成嚴重的事故，以保證電力系統安全穩定運行。為了保證繼電保護提高作用，其需要幾套互相獨立的設備組成，確保能夠檢查到電力系統中所有的電氣設備，繼而提高電力系統的安全性和可靠性。如果電力系統在運行過程中出現故障，如短路故障、過載運行故障等，均需要確保繼電保護裝置的可靠性，能夠及時針對故障發出信號，切除發生故障點。隨著電力系統的逐漸完善，如今電力系統在運行中發生故障的概率偏小，繼電保護裝置也不會頻繁進行工作，但繼電保護裝置也會在運行中出現故障，包括拒動故障和誤動故障。拒動故障主要是指電力系統出現故障時，繼電保護裝置沒有能夠及時進行故障的切除和發出信號，導致電力系統崩潰。而誤動故障主要是指繼電保護裝置受到內部和外界各種因素的影響，在電力系統安全運行的過程中仍發出誤動作，繼而導致一定的經濟損失發生。自動化裝置主要是針對電力系統運行參數進行監測和控制，其故障一般為難以實時進行運行參數的檢測、傳輸和控制，繼而無法保證電力系統的安全性和穩定性。

2 繼電保護及自動化裝置的可靠性試驗及評定方法

2.1 試驗條件

(1)環境條件(標準大氣條件)：環境溫度：15～35℃；相對濕度：45%～75%；大氣壓力：86～106kPa。

(2)電源條件：交流電源波形：正弦波，波形畸變不大于2%～5%；交流電源頻率：(50±0.5)Hz；直流電源中的交流分量(峰值—波紋系數)不大于6%；三相電源應為平衡電源。

2.2 MTBF(MTTF)的測試

在遵循產品規定的前提下，采用定數截尾或定時的實驗辦法，抽樣方案(1-β)取0.8，即β取0.2，得到的實驗驗證方案如表1所示。其中Rc為截尾失效數，Tc為結尾時間，其為產品壽命k的倍數，可修復產品的k值為相鄰兩次故障的時間間隔，不可修復產品的k值為故障前的總運行時間。

表1 MTBF(MTTF)截尾實驗驗證方案

MTBF(MTTF)測試可分為9步來進行：①制定MTBF(MTTF)的確定辦法。②選擇截尾失效數。③確定k值與Tc值。④確定實驗樣本數。⑤抽取實驗樣本。⑥進行實驗。⑦統計相關失效數R。⑧統計相關實驗時間T， 。實驗結果判定。當相關失效數R未達到截尾失效數Rc，且累計相關時間T達到結尾時間Tc時，判定為接收。當R≥Rc，且T＜Tc時，判定為拒收。

2.3 成功率C的實驗

成功率實驗針對繼電保護裝置而進行，通過模擬各種可能使繼電保護裝置動作的信號以及干擾信號，判斷其是否動作及是否誤動作。可以選取n個樣本，驗證樣本的整體故障率，為了實驗的準確性，樣本n的量要足夠大。也可以選取一個樣本，反復給予信號刺激，檢驗其性能的穩定性。保護成功率的估計值可以用保護成功的次數除以總次數，即，其中r1表示未動作的次數，r2表示誤動作的次數。保護成功率的單側下限可表示為，其中α為置信度在0.1～0.9之間，v1v2為自由度，給α一個定值，Fα(v1v2)可查表得出。成功率C的測量可分為6步：①制定判定成功的指標。②確定實驗樣本數n。③給予動作刺激。④統計實驗總次數。⑤統計失效總次數。⑥判斷成功率。

2.4 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)。

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，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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