電力系統繼電保護裝置運行可靠性指標探討

朱 瑋

（南京供電公司，江蘇 南京 210013）

0 引 言

在電力系統運行過程中，繼電保護裝置主要用以切除故障設備或線路來降低系統故障和設備異常狀況的發生率，是電力系統可靠性運行必不可少的裝置之一。近年來，隨著電力系統建設規模的持續增加，雖然“互聯網+”技術的廣泛應用為繼電保護裝置智能化建設創造了良好條件，但由于受諸多不可控因素的影響，系統繼電保護裝置運行可靠性未能達到預期指標。因此，對繼電保護裝置運行優化措施展開系統化剖析已迫在眉睫。

1 電力系統繼電保護裝置的基本概述

1.1 運行原理

簡單來講，所謂的繼電保護裝置指的是在當前電力系統運行過程中，電力元件出現故障后，能夠將故障信息及時傳遞給值班人員，并對故障環節進行自動化切除操作的成套硬件設備。在當前電力系統建設規模持續增加的新市場經濟常態下，繼電保護裝置在使用過程中，通過正確劃分故障區和安全區，對故障區的故障問題及時進行信號傳遞，并切除故障區域，保證元件的正常運轉，減少安全事故的發生。此外，經大量調研數據分析可知，相對于系統其他裝置而言，繼電保護裝置運行的基本任務是確保及時自動切除故障元件，準確傳遞實時故障信息，簡單處理系統出現的問題。據調查，當系統發生故障后會出現電流增大、電壓降低、測量阻抗改變、不對稱短路以及負序電壓和負序電流分量顯著變化等問題。

1.2 裝置特點

作為電力系統可靠性運行的基本裝置之一，繼電保護裝置在不同狀態下的工作特點各不相同。在準備階段，繼電保護裝置并非靜止，此時若保護裝置出現動作，屬于系統無故障誤動。在工作狀態，系統出現故障后，繼電保護裝置會繼續保持一段時間，此時裝置動作屬于正確動作，不動作則屬于拒動[1]。

1.3 運行要求

近年來，電力系統的規?；ㄔO和科學技術的廣泛應用，實現了智能化建設目標。不但降低了電力系統安全事故的發生率，而且在推動產業可持續發展中也發揮了重要作用。繼電保護裝置主要用于系統發生故障時進行警報發送和問題處理。在運行過程中，繼電保護裝置運行要求分為選擇性（保護裝置切除發生故障元件，保留正常元件）、速度性（在故障出現后第一時間進行切除操作）、靈敏性（故障出現后裝置進行靈敏可靠性動作）以及可靠性（規避拒動和誤動情況的出現）4類。

2 電力系統繼電保護裝置運行可靠性的基本概述

2.1 可靠性介紹

所謂的電力系統繼電保護裝置運行可靠性，就是當電力系統運行出現故障后，繼電保護裝置能在第一時間及時、有效以及準確地切除故障元件并發生警報，最大程度地規避系統拒動和誤動狀況的發生。

2.2 可靠性指標

在當前城鄉一體化建設進程不斷加快的新產業時代背景下，人們日常生產生活的電力需求量在持續增加。安裝繼電保護裝置是為了在滿足用電需求的基礎上，切實有效地保障人員的生命財產安全。繼電保護裝置的可靠性指標主要由概率（裝置運行的不可靠度和可靠度）、平均持續時間（故障出現平均的持續時間及維修時間）、頻率（故障出現次數）以及期望值（保護裝置一年內故障出現次數期望值）4部分組成。此外，為從根本上準確對繼電保護裝置的正確動作性能進行計算，工作人員計算時所參考的可靠性指標分為繼電保護裝置中故障的正確動作率、裝置中正反雙向區外的故障正確動作率以及裝置正常運行時的正常不動作率3方面。由于不動作數無法計算，一般計算時正確動作性能是前兩者之和。

3 電力系統繼電保護裝置運行可靠性指標的影響因素

3.1 裝置硬件

裝置運行可靠性受裝置硬件的影響。繼電保護系統中的保護裝置主要指微機保護和全數字化保護兩種。在結構方面，兩種裝置具有一定的相似性，都是由某些電子設備和軟件構成。在后期保護過程中，若基層產業機構和相關部門工作人員未能對保護裝置進行及時有效維護，則會加快電子設備老化，同時會導致裝置未能充分發揮原有的作用，影響系統運行的安全性和可靠性，給人們生命財產埋下巨大的安全隱患[2]。

3.2 裝置軟件

在電力系統運行過程中，從某方面而言，繼電保護裝置硬件是一種為實現保護功能所搭建的平臺。硬件設備的優劣對保護功能的實現具有外在影響，而裝置軟件作為繼電保護裝置的核心部分，影響系統運行的可靠性。軟件的可靠性無法依靠物理要素評估。裝置軟件問題可歸納為軟件原理性能、系統輸入以及系統使用等方面的問題。

3.3 一次設備

電氣一次設備保護設備的保護行動有報警和跳閘兩種。保護動作的靈敏系數對電氣一次設備保護可靠性具有直接影響。目前，運行過程中電氣一次設備保護設備存在互感器問題和短路問題，不僅影響繼電保護裝置的可靠性，而且阻礙了企業發展。對于電氣一次設備保護裝置而言，用于實時監控整個電力系統運行狀態的互感器是電氣一次設備保護設備的核心。隨著近年來用電量的持續增加，電流過高導致互感器電流過大，二次電流失真現象愈發普遍。此外，短路是在沒有用電設備時形成的額外通路，這種通路具備很大的電流，將對變壓器的相關設備造成極大沖擊，影響設備的穩定運行。

3.4 二次回路

在當前電力系統運行過程中，二次回路的異常狀態對繼電保護裝置運行的可靠性具有重要影響。絕緣老化和線路裸露是導致二次回路發生率的主要原因。當出現上述情況的一種亦或兩種時，二次回路保護系統將無法及時傳遞故障信息，無法及時處理和切除故障元件，從而影響系統運行的可靠性，且阻礙了企業的可持續發展。

3.5 繼電保護定值

作為一種自動裝置，繼電保護裝置主要用以確保電力系統運行的安全性和可靠性。保護系統可靠性指標的影響因素囊括系統保護原理、保護特性和保護定值，但最主要的還是繼電保護定值。不科學和不合理的定值設置，對于電力系統運行的可靠性十分不利。在以往計算繼電保護定值時，電力系統一般會采離線整定的方式，為電力系統可靠性運行提供了重要參考依據。但是，近年來電力系統建設規模的持續增加和結構的復雜化，在整定計算時離線整定的弊端也日益顯露。

4 電力系統繼電保護裝置運行可靠性措施的基本概述

4.1 加強對保護裝置質量的把關

繼電保護裝置運行可靠性是否達到預期要求，在一定程度上與裝置硬件和軟件有著直接關系。因此，為從根本上規避上述問題，切實保障企業的可持續發展，需加強對保護裝置質量的把關，確保硬件和軟件達到預期使用要求。在進行保護裝置選擇過程中，基層產業機構和相關部門工作人員需加強對繼電保護裝置的性能檢測，確保其硬件裝置和軟件設計等方面均達到預期使用要求，方能投入使用。在進行檢測時，除了要記錄功能狀況外，還要詳細記錄保護裝置變更內容及時間，待全部檢測工作結束后負責人簽名。在完成調試工作后，部門工作人員需對使用的裝置進行自檢和驗收，確保接線、元件、壓板以及標志符合質量要求后才可投入使用。

4.2 不斷優化和革新保護技術

“互聯網+”技術的廣泛應用，為產業發展注入了新的動力。因此，在當前多元化市場競爭環境下，對保護技術進行不斷優化和革新十分必要?；鶎赢a業機構和相關部門需將人工智能控制器應用到電力系統繼電保護裝置控制。人工智能控制器的操作更加簡單便捷，在控制時無需控制對象模型就可進行自主調整，且能降低人為操作遺留的安全隱患和故障，達到預期的系統可靠運行的目的。

4.3 加強對工作人員的教育培訓力度

在繼電保護裝置運行過程中，為從根本上確保電力系統繼電保護裝置的安全可靠性，基層產業機構需構建科學完善的培訓機制，加強對工作人員的教育培訓力度，在不斷強化人員自身專業能力和綜合素養的同時，規避一系列安全隱患。管理人員作為企業運行的重要執行者，構建合理化的培訓機制，不僅有助于提高工作人員的業務水平，還能顯著增強他們及時處理異常情況和故障的能力。此外，企業在進行人員培訓過程中，不僅要加強對管理人員和監督人員的教育培訓力度，還要培訓值班人員，確保他們在多看、多問以及多想中積累經驗，同時將各項工作落實到位[3]。

4.4 加強繼電保護裝置與二次回路的檢查

電力系統的規模化建設雖然滿足了現階段人們日常生產生活的用電需求，但電力安全事故的發生率也在逐年增加。因此，需加強繼電保護裝置與二次回路的檢查，確保繼電保護裝置的二次接線設計落實到位。

電網建設初期，將電能從發電廠直接傳輸給用戶端的一次設備（直接經過的設備與傳輸設施附屬連接的設備），雖然在一定程度上滿足了人們的用電需求，但存在較大的安全隱患。為了在電網安全運行的前提下保證相關人員的生命財產安全，將高電壓和強電流的操作環境通過電氣隔離方式達到低電壓和小容量操作環境的二次設備應運而生。在進行二次接線設計過程中，為確保設計的科學性、合理性以及有效性，基層產業機構和相關主管部門的工作人員需從工程特點出發，選擇最合適的接線形式，謹遵可靠性、經濟性以及靈活性原則，保證每個節點設計的合理性和科學性[4]。在進行繼電保護裝置二次接線電流電壓回路設計過程中，全面分析實際情況，選擇合適的電流互感器、電壓互感器以及接線形式。與110 kV繼電保護裝置相比，220 kV繼電保護裝置一般采用單母線分段式或者雙母線的接線方式。此外，為確保設計的合理化，單母線接線形式多用于電壓等級比較低、線路少以及容量小的繼電保護裝置，而雙母線連接形式多用于位于電網系統重要地位、負荷較大以及出線回路多的繼電保護裝置。設計時，工作人員需根據現場實際情況進行合理化選擇。在進行二次接線作業過程中，為確保最大化發揮其功能，基層產業機構和相關主管部門需要結合規劃因地制宜，選定正確接線方案，分析用電負荷（特別是高峰期負荷），確定變壓器的數量、布局及容量等，以確保電力系統的可靠運行[5]。

5 結 論

綜上所述，作為電力系統可靠性運行的重要基礎設備，繼電保護裝置的廣泛應用推動了企業的可持續發展，確保了人員的生命財產安全。隨著電力系統建設規模和數量的持續增加，再加之“互聯網+”技術的廣泛應用，為確保供電系統的安全運行，需加強對保護裝置質量的把關，不斷優化和革新保護技術，構建科學完善的培訓機制，加強對繼電保護裝置與二次回路的檢查力度。