繼電保護系統基于隱性故障的可靠性探討

馬永亮

（大唐景泰發電廠設備部 甘肅省白銀 730408）

繼電保護系統基于隱性故障的可靠性探討

馬永亮

（大唐景泰發電廠設備部 甘肅省白銀 730408）

近幾年電力系統的規模不斷擴大，電力保護系統的可靠性越來越受到人們的關注。本文通過搭建單一保護系統的可靠性模型，對繼電保護系統在隱性故障以及系統運行狀態變化時可靠性做出更好的評估，利用數學方法完善繼電保護系統的可靠性評估，增強繼電保護系統基于隱性故障的可靠性。

繼電保護；系統；隱性故障；可靠性

1 引言

隨著電力系統規模的不斷擴大，電力保護系統的可靠性有著越來越高的要求。在電力系統可靠性的研究中，繼電保護系統的可靠性顯得尤為重要，其存在的隱性故障是造成電力災害的導火線，繼電保護系統的不確定動作就會擴大電力系統的故障，不僅影響人們的正常生活，而且會造成巨大的經濟損失，嚴重影響著電力系統的安全，所以，繼電保護系統的可靠性研究具有非常重要的作用。

2 繼電保護系統隱性故障的含義

繼電保護系統隱性故障作為一種永久性缺陷，會造成保護裝置發生錯誤動作以及導致繼電保護系統不能夠正確的將電路元件切除引起連鎖停電。同時，也可以將繼電器隱性故障認為是系統可能存在的故障，在電網正常運行的時候這些故障是不會顯示出來的，當繼電保護系統發生故障時這些隱性故障才會影響電網的正常運行。總而言之，隱性故障與一般的故障存在著一定的區別，繼電保護系統隱性故障的存在不會對影響電網的正常運行，只有發生特別的情況，例如，電網的運行不穩定時繼電保護系統內的隱性故障才會被激發，導致繼電系統的保護裝置發生錯誤的動作以及造成連鎖停電的事故，不利于繼電保護系統的可靠性。

3 繼電保護系統隱性故障的特征

3.1 繼電保護系統隱性故障的隱蔽性

繼電保護系統隱性故障的明顯特征就是隱蔽性，因為隱性故障在電網正常運行的情況下是不會顯現出來的，也不會影響電力系統的正常運行，所以很難被檢測到。繼電保護系統的隱性故障并不是由繼電器的設計水平以及設計質量決定的，它只有在繼電系統發生故障的時候才會觸發，所以很難被檢測和診斷排出。

3.2 繼電保護系統隱性故障的危害性

繼電保護系統的隱性故障具有一定的隱蔽性，在電力系統正常運行時是無法觀察到的，只有在電網運行發生故障時才會被引發，所以在這種毫無準備的情況下其造成的損害程度也是比較大的。隱性故障有很多類型組成，每種故障類型造成的危害程度也是不一樣的，主要是由隱性故障存在的位置相關。

4 繼電保護系統隱性故障的危害

4.1 造成大面的危害

繼電保護系統的責任是保障整個電力系統可以安全有效的運行。當繼電保護系統的運行出現問題時，其存在的隱性故障就會被激發，導致繼電保護系統發生錯誤動作，又因為這里個個電力系統中存在各式各樣的隱形故障，所以，一旦隱性故障被觸發，就會對整個電力系統造成巨大的危害，不利于繼電器保護系統的可靠性。

4.2 對發電設備造成危害

繼電保護系統的隱性故障是長期存在的，經過一定的發展過程，遇到電力系統運行不穩定時便會被觸發。當監測系統不完善或者出現故障的時候，就無法及時發現異常情況，導致故障發生時造成一系列的連鎖發應，使整個電力系統得發電設備的損壞，造成嚴重的后果。

5 擬定繼電保護裝置可靠性特征量

要想確定繼電保護裝置可靠性的特征數量，首先要明確運行過程中保護裝置的各種狀態。繼電保護裝置的工作狀態為長時間接受通電的考驗。如果電力系統發生故障，繼電保護裝置為了保護系統做出的一系列動作為正確的動作，如果不作出任何的動作叫做拒動，在不該做出任何動作時做出的動作叫做非選擇性誤動。當保護裝置因為自身出現故障而表現出的動作叫做系統無故障誤動。繼電保護系統的維修狀態是在一年內要進行兩次維修，每次維修的時間為幾個小時，也可能是一天兩天。

根據繼電保護系統的可靠性概念，綜合繼電保護裝置的特性，可以對繼電保護裝置可靠性的特征量做出以下定義：

（1）無故障時的誤動率：

（2）誤動率（主要包括非選擇性的誤動率以及無故障時的誤動率）：

（3）拒動率：

（4）電力系統運行的失效率（主要包括誤動率和拒動率）：

An=誤動率+拒動率

6 建立馬爾可夫模型分析繼電保護裝置的可靠性

根據繼電保護系統的馬爾科夫特性，利用狀態空間法得出并分析繼電器保護系統的可靠性指標。首先做出以下假設：①對繼電器保護系統可靠性的評估不會影響電力系統的運行。②可以被修復的隱性故障經過修復之后可以重新被使用。

綜合考慮繼電保護系統隱性故障的發生特點建立繼電保護系統的狀態空間模型，具體的結構如圖1所示。在結構模型中，主要保護是P，被保護的元件是C，正常運行狀態由UP表示，發生故障之后的停止運行狀態由DN表示，DYM和DYN分別表示隱形誤動故障的運行狀態以及隱形拒動故障的運行狀態，檢修狀態由M表示，Km和Kn分別表示電力系統的運行狀態發生變化時DYM和DYN的主要保護風險增加的數量，其中箭頭方向為增益值的方向。如果假設DYM和DYN在電力系統正常運行下的故障率分別為A和B，那么在電力系統的運行狀態發生變化時的DYM和DYN的故障率為A*和B*。

圖1 單一保護系統的狀態空間圖

根據圖1進行分析，處于狀態一的時候，主保護和被保護的元件是正常運行的狀態，如果主保護出現隱性故障中的隱形誤動故障，電力系統就變為狀態五，相反如果主保護出現的是隱性故障中的拒動故障，那么電力系統會變為狀態六。在狀態二的情況下，主保護和被保護的元件都是處于檢修的狀態，在檢修的過程中如果引起DYM，那么電力系統會變為狀態六。在狀態五的情況下，如果被保護元件出現故障，進行主保護的P就會自動跳閘將被保護元件切除，這種動作是正確的，如果DYM不被發現，電力系統變為狀態七。如果在狀態五的情況下電力系統的運行狀態不穩定觸發主保護的隱性誤動故障，主保護就會做出相應的動作切除被保護的元件，這時候隱形誤動故障就會被檢測發現，電力系統變為狀態四。在狀態六的情況下，如果被保護元件出現故障，救護暴露主保護元件，電力系統變為狀態八。以下是馬爾可夫過渡矩陣：

可以得出，繼電保護系統處于正常運行狀態下的概率為：P1（t），繼電器保護系帶隱性故障隱患運行的概率為：P5（t）+P6（t），繼電器保護系統處于故障狀態以及停止運行時的概率為 P 停（t）=P2（t）+P3（t）+..........P8（t）。

7 結語

綜上所述，通過建立馬爾科夫模型，更好的對繼電保護系統的可靠性做出評估，利用數學方法計算出繼電保護裝置在各個狀態下的穩定概率，加強對繼電保護裝置進行保護維修，為繼電保護裝置的平穩安全運行提出更多的理論依據，加強繼電保護系統基于隱性故障的可靠性，促進大力系統的進一步發展和經濟的進步。

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TM77

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1004-7344（2016）04-0119-02

2016-1-20

馬永亮（1973-），大專，畢業于西北電力職工大學，從事電氣一次二次檢修維護工作。