電廠繼電保護系統可靠性的影響因素及提升策略分析

深圳能源環保股份有限公司 梅 林

中國電網規模不斷擴大，電力傳輸模式發生很大變化。電力系統復雜性提高為電力系統安全可靠運行帶來很大挑戰，近年來電力系統的飛速發展與安全可靠運行矛盾日益突出，而國民經濟的快速發展與電力系統的可靠運行有著密切聯系，電力系統操作上可能會出現誤操作，也可能受到其他突發狀況影響，如發生短時操作過電壓、雷擊過電壓、瞬時接地等故障，如電力系統發生短路故障將會導致嚴重的后果。

繼電保護是電力系統的安全屏障，繼電保護系統更反映電力設備故障狀態，而繼電保護的準確動作能快速切除故障、避免事故擴大，將事故對電力系統運行的影響范圍降到最低，這將直接影響電力供應安全性。繼電保護系統運行中受到各種因素的影響，當發生局部故障時不能快速響應并準確動作將會導致故障范圍擴大，而如保護定植設置不合理過于靈敏將會導致故障切除范圍過大，導致不必要的停電。因此，繼電保護系統不能可靠運行會對電廠及電力系統的安全穩定運行產生極為不利的影響。

1 電廠繼電保護系統可靠性的意義

電力是國家經濟健康發展的重要能源，不同生產電力方式使用電氣自動化設備不同，發電廠繼電保護功能是對電廠系統異常結果及時檢測報警，繼電保護裝置具有靈敏的反應能力，可利用繼電保護裝置快速切斷故障源頭，因此要充分了解發電廠繼電保護運行條件，實現設備最佳保護效果[1]。

電力設備繼電保護具有電力系統故障檢測切斷等多種功能，電廠要重視繼電保護裝置運行要求，尤其是要符合繼電保護裝置的靈敏度與選擇性等要求。電力系統中設備出現短路、繼電保護裝置快速切除設備故障，設備故障出現拒動應從相鄰設備切除故障。繼電保護裝置要能及時切除故障，降低用戶在大電流運行時間，減少對設備造成的損害以及影響范圍，提升電力系統運行的可靠性及穩定性。

發電廠內部電力系統故障伴有強烈短路電流，電廠內部電力系統故障短路電流會產生大量熱力，使得電廠設備絕緣性損壞[2]。短路電流造成短路點附近的電力設備燒壞，影響用戶正常生產工作，并有可能發生熱動力甚至爆炸，對周邊的設備及人身安全造成安全隱患。此外，短路電流如果不能及時切除將會導致故障點附近電壓大幅降低，而電廠設備電壓降低將影響電力系統運行穩定性，且對其他設備的正常運行造成極大的影響，而長時間不穩定運行將會導致電力系統崩潰。因此，繼電保護裝置應及時切除故障短路電流，降低發電廠內部電力系統壓力。

繼電保護裝置是保障電網按運行安全、可靠性的第一道防線。定期檢修并及時更換老化或有潛在故障的繼電保護元器件，是提高電廠運行繼電保護裝置可靠性的有效措施。目前檢修體制主要實行計劃檢修，檢修工作安排由管理部門根據相應規程確定，容易忽視備件供應商差異、工藝質量等因素。不同供應商提供的備件可能存在著細微的靈敏性差異，甚至有可能存在質量問題，更換時應認真進行校驗并做好相關的實驗，避免投入不合格的產品。

此外，隨著新投運設備數量的增加，計劃檢修工作使得專業維護人員疲勞作戰，采用周期性檢修來排除故障設備缺陷效率較低，造成人力物力資源的浪費[3]。主要原因是目前繼電保護檢修體制缺乏系統性及科學性，繼電保護策略制定人需以繼電保護裝置運行狀態為依據，研究繼電保護裝置可靠性評估方法，形成標準化流程，調整相應檢修策略，有效提高檢修效率以及檢修質量。

2 繼電保護系統的可靠性影響因素

發電廠繼電保護在生產中發揮著重要的作用，在設備故障時能切除局部故障或緊急停機處理，而發電廠繼電保護設備又存在各種干擾因素，不利于電廠安全運行。當前我國電廠配置繼電保護系統由于功能及設備老化，易受到各種因素影響，在該動作的時候拒動導致事故范圍擴大，在不該動作的時候誤動或將瞬時故障判斷為永久故障，將正常運行的設備切除、無法保障電廠安全運行，嚴重造成人員傷亡事故。繼電保護系統可靠性影響因素有多種，主要包括繼電保護軟件、硬件問題與及人為因素，總體上可分為繼電保護自身因素與外部因素。

影響繼電保護可靠性的自身因素包括設備質量維護、技術管理缺乏、方案設計不合理等[4]。繼電保護系統運行質量受到技術管理工作的影響，繼電保護方案制定需了解相關型號保護裝置的工作原理，優化繼電保護方案及保護定值配置。安裝人員未按設計要求正確接線導致誤接線等問題將直接影響繼電保護系統的可靠性。繼電保護裝置在電廠運行中出現故障時，可及時分析故障因素并隔離故障，使相關人員能夠及時、準確的處理故障。

繼電保護系統在電廠運行中能避免故障擴大導致對電力系統的大規模破壞，而軟件出錯會導致保護裝置誤動，微機保護軟件可靠性影響因素包括軟件結構設計失誤、定值計算錯誤、定值配合不合理以及輸入錯誤等。

繼電保護裝置由電子設備及軟件組成，軟件出現故障無疑將會影響繼電保護系統可靠性進而威脅電網安全，而電子設備出現老化、不夠靈敏或失靈將直接影響繼電保護裝置的可靠性。我國常用繼電保護裝置多為數字化，傳統硬件保護裝置主要是微機保護，繼電保護裝置隨著科技的發展不斷創新，繼電保護由軟硬件系統組成，電子設備壽命有限且工作中不斷發熱容易老化，長期使用會影響繼電保護系統安全穩定運行。軟件裝置是繼電保護系統的關鍵核心，繼電保護裝置軟件架構特殊，其可靠性難以檢測，影響因素包括軟件設計、操作方法等[5]。此外，電磁式互感器易產生接線故障、影響繼電保護安全運行，而電子互感器設備的應用能提升系統使用性能。

繼電保護系統可靠性外部影響因素包括雷電及過電壓因素等。繼電保護系統運行中受到雷電因素影響導致設備損壞，雷電擊中接地部件會降低裝置運行穩定性。隔離開關動作慢，容易在開關接觸點形成電弧閃絡，高頻作用影響會形成電磁場干擾設備正常運行。電廠繼電保護設備運行還受直流電源影響，出現接地故障會影響設備運行，直流回路電路故障會影響繼電保護裝置運行穩定性[6]。直流負極接地將會導致保護裝置拒動，直流正極接地將會導致保護裝置誤動。發電廠為滿足電力生產控制要求所設置的移動通信設備會形成較強輻射，對繼電保護裝置造成干擾，如磁場耦合到附近弱電子設備回路誘發虛假信號，影響繼電保護裝置保護效果。因此，在繼電保護設備集中的電氣設備間應禁止使用無線通信設備，避免高頻信號對繼電保護裝置元器件的可靠性造成影響。

3 電力系統繼電保護可靠性評估研究

可靠性是系統定性定量評估等各方面的系統工程，繼電保護系統可靠性指的是在電網故障時能正確切除故障的概率。可靠性理論體系普遍采用概率等指標評估，可修復的設備發生故障后可修復后繼續使用，可靠性指標要考慮設備的修復概率。不可修復設備可靠性指標用于直接評估系統未發生故障的可靠性，繼電保護系統為可修復系統，準確的計算可修復概率對于綜合判斷繼電保護可靠性有很大的幫助。

電力系統可靠性是可接受質量標準向用戶供電能力的量度，由于分析方法限制，通常將充裕性與安全性分開研究。電力系統是包含發、輸、配電功能區域的網絡，通常將電力系統分成發、輸、配電系統等子系統，不同子系統有不同可靠性指標。按不同目的可將電力系統可靠性評估分為規劃與運行階段時間跨度，對規劃中電力系統進行離線評估分析。電力系統運行中受到擾動，傳統可靠性分析無法反映系統運行狀態的安全可靠水平，運行可靠性針對特定系統運行狀態，可將傳統可靠性研究與電網調度自動化結合。

繼電保護可靠性指標是可靠性評估體系的研究重點，我國曾使用正確動作率描述繼電保護可靠性，有學者建議采用平均無誤動作時間評價保護可靠性。保護系統可靠性用于衡量系統可靠性水平，但被保護設備的事故頻率存在較大差別，有時又有一定的人為因素，如何結合保護可靠性與經濟效益是繼電保護可靠性研究的重點。后續還可研究保護錯誤動作與正確動作造成電力系統經濟損失加以比較、作為失效率衡量指標，而隨著電壓等級的增加，可靠性建立還需反映保護范圍及電壓等級等裝置的特定工作環境。

4 繼電保護系統可靠性提升策略

電力系統是國家關鍵基礎設施，隨著全球經濟規模高速發展，各國電力系統依靠技術進步發展成為結構復雜的自動化網絡。繼電保護裝置保護作用非常重要，發電廠繼電工程技術人員要研究繼電保護裝置可靠性，電廠生產中要注意繼電保護裝置潛在故障因素的分析與控制，提升繼電保護系統運行可靠性需完善管理制度，加強狀態監測及運行維護，正確利用微機提取故障分析信息。

繼電保護裝置能保障電力系統穩定運行，電廠相關工作人員要充分發揮系統保障功能，要對系統操作進行規范化訓練，保障系統正常運行。同時要加強系統應用管理，有效保障繼電保護裝置質量。電力系統安裝繼電保護裝置需要保障穩定性，有效發揮其實際功能。發電廠繼電保護裝置應安排專業人員監察，電廠實施繼電保護要充分安排調度等人員，相關操作人員必須經專業培訓學習。不同發電廠應根據電廠特點設置保護裝置，開發繼電保護設備臺賬，定期校準等監管制度。科技的發展促進人工智能技術在電力系統中的應用，如遺傳算法、模糊邏輯等新型技術，電廠可使用計算機打造智能網絡控制系統，提高繼電保護裝置的可靠性。

為提升電廠保護系統可靠性，繼電保護裝置要按照說明書規范操作，確保電廠繼電保護裝置正常運行。要做好繼電保護裝置應用管理，完善繼電保護裝置管理制度，保證繼電保護作用的發揮。繼電保護裝置運行速度快，要保證繼電保護裝置的穩定運行狀態，及時掌握電網情況，實現對電網的保護。提升繼電保護可靠性需要定期檢查，通過電網實時監測滿足繼電保護裝置對運行靈敏度的要求。發現繼電保護裝置存在耗損等問題，要及時采取維修、更換元器件等提升裝置運行可靠性。

電廠繼電保護系統運行管理要強化二次回路檢查校驗。管理人員要定期做好各項工作檢查，強化巡檢工作力度。重點檢查繼電器節點等，發現運行隱患及時采取相應措施。為減少電廠繼電保護系統可靠性影響因素，要做好裝置防護工作。如使用防雷裝置提升裝置抗雷擊性能，針對操作人員做好技能培訓，提升電廠繼電保護系統運行可靠性。對于經常發生的簡單故障要采取簡單易行的方法及時排除，特殊故障需要采取特殊的處理方法，要充分利用可靠性、靈敏性高的故障錄波裝置作為故障處理的重要依據。有些繼電保護故障后，按照信號指示無法找到原因，通常是由于工作人員措施不力、設備靈敏性低等原因造成。對于通過錄波圖形等手段無法采集信號，無法判斷故障原因的情況，可利用順逆序檢查法處理繼電保護故障。

綜上，隨著社會經濟的發展，對電力系統供電可靠性要求日益提高。發電廠是電能生產的主要基地，繼電保護裝置能及時發現電力系統的局部故障并對故障進行部分切斷，保障電廠設備安全及系統的穩定。隨著電力系統高速發展，繼電保護向計算機化、數據通信一體化方向快速發展，隨著繼電保護領域大量新技術的開發與應用，要求工程技術人員不斷研究學習，并加強繼電保護的規范管理，保障電網安全運行。