電力系統繼電保護及其自動化裝置可靠性

【摘要】隨著電力系統的不斷擴大，其保護與控制系統受到科研人員的高度關注。電力系統在運行過程中總會出現或多或少的故障。例如：單相接地短路故障、兩相短路接地故障、三相斷線故障等，當線路發生故障后，人們總想將事故的范圍縮小到最小范圍，即當主線上某條線路發生故障，可以將該線路切除，然后保證主線路上其它線路正常運行。繼電保護裝置就起到了這方面的工作，它本質上為電力系統中自動化系統，可以在極短的時間內對故障線路進行切除或發出紅色報警信號，以便提示相關工作人員及時進行處理，從而保證整個系統穩定、安全的工作。繼電保護按照保護對象不同可以劃分為輸電線路保護、發電機保護、變壓器保護等；按照原理可以劃分為電流保護、電壓保護、零序保護、距離保護等，按照保護所起的作用可以劃分為輔助保護、近后備保護、遠后備保護等。

【關鍵詞】電力系統繼電保護；故障運行；繼電保護裝置

1、繼電保護及自動化裝置可靠性意義

在整個電力系統中，如果出現了短路或者過載現象時，繼電保護裝置就會發生動作，及時對電源進行切斷，防止由于過電壓或者過電流損害到電力設備。由于受到運行環境的影響，設備的工作時間較長后便會出現設備老化問題，再加上電磁干擾等外部原因的影響，繼電保護裝置在運行過程便會暴露出很多質量問題，常見的故障問題包括不動作或者誤動作等。如果出現不動作就有可能導致電力設備由于過電壓或者過電流而出現不可逆損壞，為電力企業造成重大經濟損失；如果出現誤動作就有可能使得電力設備突然斷電，必然會對電力用戶的正常生產或者管理造成不良影響。自動化裝置在電力系統中同樣發揮重要作用，其可以實現電能質量的自動檢測，比如電壓、電流以及頻率等，同時還可以及時反饋線路的運行溫度并對電力設備運行狀態進行有效控制。利用自動化裝置電力系統就能夠進行遠程監測以及控制。該裝備構成復雜、功能較多，設備一旦出現質量問題就很有可能導致設備出現運行故障，對企業的正常生產造成負面影響。

2、繼電保護其自動化裝置可靠性的內容

一般情況下，無論從輸入或輸出狀態考慮，其裝置構成都十分復雜。由于繼電保護對整個電力系統正常工作有很大幫助作用，因此需要設定多種可靠性指標來進行表征，當然為了降低系統冗余，過多的可靠性指標也沒必要。全球不同國家采用的繼電保護可靠性指標體系不同，根據我國的具體現狀，目前我國普遍采用以下幾個可靠性指標來表征繼電保護及其自動化裝置的可靠性：①成功率，該指標主要用來表征繼電保護產品是否能在特定的環境中完成指定功能，實驗室條件下用實驗成功概率來表示。②平均無故障時間，該指標針對一些可以修復的產品來說的，表示兩個故障之間正常工作時間的平均值，繼電保護裝置為可修復性產品，因此選擇該指標十分合適。③有效度，這個指標可以反映繼電保護裝置運行中的可靠性，具體的有效度表達式為A=TMIBF/（TMIBF+TMTTR），式中，A是有效度，而TMTTR表示為修復所用時間，即產品發生故障與修復故障所用的平均時間，TMIBF表征的是系統平均無故障所用的時間。

3、繼電保護與自動化裝置的工作特點及基本要求

3.1繼電保護與自動化裝置的工作特點

電力系統發生故障后，如出現負荷過載，線路斷路等，就需要繼電保護識別并可靠動作。當然，電力系統在整個運行階段發生故障的時間較少，所以繼電保護及其自動化裝置動作并不是十分頻繁。繼電保護裝置出現故障的類型包括兩種：拒動或誤動故障，拒動主要是指繼電保護裝置對電力系統發生的故障無法及時的動作，從而使故障繼續存在，針對一些嚴重故障如三相短路，那么不及時切除對整個電力系統的危害將非常嚴重，有時會導致系統出現崩潰；誤動作相比來說影響小，但不利于電力系統供電可靠性，誤動作主要是指由于裝置本身的問題，當系統還是正常狀態時發生了切除操作，給電力用戶帶來了經濟損失。自動化裝置是為了應對電力系統而專門設計的實時監測控制，自動化裝置主要的故障為無法確保運行參數與傳輸參數的準確性。

3.2電力系統中繼電保護的基本要求

①選擇性，即系統發生故障后，應能準確識別故障點，然后將故障點較近的斷路器進行切除，以便保證非故障部分的工作不受到影響。②靈敏性，該要求需要輔助裝置進行評價，通俗的來講就是在一定保護范圍內可靠動作，值得一提的是電流保護和電壓保護因為動作原理不同，其靈敏度定義公式也不同。③速動性，眾所周知，電力系統發生故障后，前期的快速處理非常關鍵，它嚴重影響著電力系統安全性，實際環境中應將被保護設備的損壞程度降低至最小，增加系統電壓或電流恢復速度，以此可以改善電力系統并列運行穩定性。④可靠性，所謂可靠性就是繼電保護及自動化裝置可以在故障發生時可靠動作，以此來降低系統故障發生的范圍。另外，需要對保護裝置進行重新整定計算，以確保裝置內部的各元件可靠動作，通過采取合理的運行管理措施，能夠確保繼電保護裝置有效動作。

4、提高繼電保護與自動化裝置可靠性的措施

4.1冗余設計及優化措施

繼電器裝置設計時，為了確保繼電器具有容錯功能可以選用硬件冗余。這里所說的容錯技術是指當繼電器中某些裝置發生不正常工作時，可以保證系統整體性能。可以采用并聯或備用切換等來降低繼電保護拒動或誤動概率。在實際的工程實踐中，需要將冗余方法與繼電保護實際運行狀況緊密結合，以此來確保電力系統繼電保護的可靠性指標，通常情況下，可以選取硬件冗余來建立投入成本小、裝置數量少的目標。

4.2提高繼電保護裝置的可靠性

繼電保護裝置投入運行后，需要對裝置的所有指標進行合理、準確計算，對于裝置運行是否準確、區內或區外故障識別等需要進行審核；與此同時，對于繼電保護的二次控制回路需要采用相應配套的輔助裝置，這些輔助設備對電力系統繼電保護裝置的安全可靠運行有很大影響，因此，對于這部分裝置的可靠性檢測需要給與高度重視，對部分重要設備可以采用多種措施進行可靠性驗證。

結語：

電力是最清潔的二次能源，與人們的生產生活息息相關，通過電力的生產使供電公司獲得了良好的經濟效益，同時，作為電能的使用方，用戶也獲得了較高的生活質量，繼電保護裝置在我國電力系統穩定運行方面有至關重要的作用，做好繼電保護及自動化裝置可靠性研究對整個電力系統有極高的價值，它可以提高系統運行可靠性，能有效增加電力服務質量，給人們的生活帶來幸福，有關部門需要對其進行廣泛研究，制定全面的可靠性確保制度，為后續電力系統的發展與進步提供堅強的后盾。