電力系統自動化繼電保護裝置測試研究

劉武旭

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北電力試驗研究院，陜西 西安 710021）

對電力工作者來說，工程師們進行自主研發的自動化系統即在很大程度上可以滿足人們的日常用電，隨著系統的更新迭代和科技的不斷創新，電氣系統也在不斷地受到人們的好評。而繼電保護裝置在系統出現故障時，能夠及時有效地做出判斷，所以，對其進行測試研究就更被人們所重視。當前，電力系統和自動化的建設發展中，該裝置不僅僅作為重要部分之一，同時，還具有十分重要的作用和意義，所以對其進行測試研究尤為重要。自動化系統因為有其智能化和信息化，雖然為人類的生產和生活提供了許多便利，但在系統的運行過程中，會因不確定性經常出現一些問題，存在相應的缺陷。本文即主要從線路保護的重要裝置之一繼電保護裝置測試出發，談談對其保護策略的研究。

1 在自動化設備中繼電保護裝置的意義

電能作為必不可少的能源之一，其具有的清潔性、再生性也讓電能的應用范圍更加廣泛。這時，做好其測試研究，即可以讓電能對人類生活有著更加正向的影響。在電力系統的運行過程中，偶爾會因為系統或是線路的故障，出現斷路或是短路的現象，而這時候，系統中的保護裝置便發揮了重要作用。它的出現，不僅可以極大限度地讓電力系統中的自動化設備保持穩定的電壓和電流，還能解除一些過電壓和過電流帶來的安全隱患，防止電力設備的使用壽命縮短。但是，如果在電力系統中，出現過載或是短路等問題時，有可能讓裝置也出現使用故障，進而會導致電力設備因為電流和電壓不穩定而造成損害，所以，在對裝置進行故障檢修時，一定要注意提前切斷電源。

2 繼電保護裝置可靠性測試

2.1 可靠性測試指標

在對保護裝置進行可靠性的測試時，需要注重一些技術指標，重要的指標如下。

（1）成功率（R）。成功率，即指在裝置正常工作的情況下，將工作成功完成的次數和進行的總數的比例。成功率和裝置的可靠性之間成正比關系。

（2）平均故障時間周期（MTBF）。MTBF 指的就是該裝置平均情況下會發生故障的周期。MTBF 和該裝置的可靠性成反比規律，即故障出現的周期越長，那就說明故障出現的次數越少，而同時，裝置所具有的可靠性也就越高。

（3）平均故障恢復周期（MTTR）。相關工作者可以對通過統計在裝置正常工作的過程中，其從出現故障到恢復正常運行的平均時間來大概估計對于本次故障的恢復時間。同時，在對其進行可靠性測試的過程中，還應對本次測試的裝置自有的有效度去進行測試，而有效度這一指標，指的就是該裝置保護電力系統的有效程度，有效度在系統中與裝置的可靠性也成正比關系。

2.2 可靠性測試

裝置的平均故障時間周期，與其所在的電氣系統的可靠性緊密相關，所以，在進行可靠性的測試時，應優先對其平均故障時間周期去進行測試，這種測試的方法較簡單，只需在普通的實驗室用定數截尾法即能正常地進行測試，具體的測試方法如表1。

表1 定數截尾法測試對照

在測試開始之前，應先對周圍的環境仔細觀察，要確保測試環境一切正常，無異常區域和情況的出現。即一定要保證相關工作者在電力系統及裝置都在正常運行時進行數據采集。還要保證所使用的測試工具都在要求范圍內，且相關的測試工具不存在任何故障，只有這樣在正常情況下進行測驗，才能保證實驗的可信度。從上表的綜合數據顯示可知，本次試驗的截尾失效數應選擇的正常范圍應選在4 ～7。第一，假設該裝置的平均故障時間周期是N，在這當中，N 是截尾數倍數的任意數。第二，應該嚴格按把握隨機抽樣的方法去選擇實驗樣本t，在做選擇樣本T 的時候，應嚴格其代表性，而且選擇t 的數量也應適中，不能多也不能少。在正常的實驗情況下，可以緊緊依據T 的大小去選擇實驗樣品，如表2，其中的樣本數就是實驗中合適的樣本數。

表2 樣本總量和選用樣本的對照

從表2 中可以看出，當T 的選取較小時，就可以對所有給出的樣本去進行測試，當樣本數量過多時，這時候做全部測試會比較麻煩，不能全部將其測試，此時，應按照一定的比例去選擇樣本數去進行測試。

3 繼電保護裝置的保護策略

繼電保護裝置，其主要作用就是保護在正常運行中的系統不被電流和電壓的不穩定因素影響，從而保證系統的正常運行。這不僅有利于電能的正常輸送，進而還能為人們的正常生產和生活提供重要保障。若想提高對裝置的保護能力，則可以從以下幾種方式中進行保護。

3.1 自動檢測

繼電保護裝置，可以在自動檢測系統上提高保護能力。在做空投主變的過程中，如果變壓器因為某些因素出現故障，那么，差動保護就可以在第一時間感應到故障區域，并且收到反饋、做出保護動作，以此保證電力系統的穩定運行。對自動檢測裝置的安裝上進行檢測和提高，不僅可以實現更精確的故障檢測，還能在第一時間通知到相關電力工作者，以確保工作者最先了解故障問題和區域，并且最快地解決故障。

3.2 反應速度

在傳統的系統中，往往單純地憑借人力來保障電力系統的運行安全，主要依靠人力去進行檢測的相關工作，雖然一定程度上可以保證精準性，但可能會出現敏感性差、反應速度慢等問題。所以，單純憑借人力進行檢測工作，在新的電力系統下，已經不適應了。提高保護裝置的反應速度，可以大幅提升系統在差動保護時的靈敏度，所以如果系統再被不穩定的電流電壓影響時，該裝置不僅不會繼續受到影響，還可以對目前線路中存在的問題比如短路或斷路情況，第一時間做出反應，具有很強的適應性。

3.3 保護速度

裝置的系統內部，本來就設有一系列的差動保護，而差動保護的反應速度很快。在系統的正常運行中，如果出現嚴重的故障，那么，此時的動作將會在20ms 之內完成。除此之外，差動還可以高效區分不同金屬引起的故障，且對金屬類別的檢測時間在30ms 內。因此，繼電保護裝置本身就具有保護速度快的特點，在對裝置進行保護速度的維護和改進方面，可以讓其更加迅速地檢測出系統中產生的故障，并且第一時間對其進行保護動作。

3.4 靈敏度

對電氣設備來說，靈敏度這一特性非常重要，因為在內部的保護系統中，運用了差動保護的理念，所以，電力系統如果出現輕微故障或嚴重故障，它都還可以保持系統內部高度的靈敏性，如果當此時的故障相對嚴重時，它還可以實行自動切除，迅速切除嚴重故障區域。在電力系統正常工作時，會因為設備中的互感器而導致數據異常，這樣也會對裝置產生些許影響。所以，為了避免這種影響，可以在提升裝置的靈敏性上采用多重濾波算法，提高其保護范圍和穩定性。

4 結語

通過對繼電保護裝置的可靠性進行測試，會發現在整個電力系統中，該裝置具有非常強大的功能和作用。該裝置不僅可以對問題進行及時的檢測，還能以自啟動的方式來切除嚴重的故障區域，從而更可能地去保護系統在運行中的穩定性，同時，該裝置擁有極高的工作效率、強大的可靠性，所以在電能輸送這一過程中做出了巨大貢獻。綜上，該裝置的可靠性在很大程度上決定著系統運行的穩定性。為了保證系統的穩定運行，應對裝置不斷地去進行可靠性測試，同時，要結合科學評價和反饋，從而對裝置的綜合性能有更多的認識和改進，將這項工作做好，會對整個電力行業的發展具有十分深遠的意義。