電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動化裝置的可靠性提升策略分析

賈少華

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750000）

近幾年，人們生活水平的提升速度有所加快，這也使得各行各業(yè)對電能所提出需求有所增加，調(diào)整供電容量及范圍勢在必行。此外，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響，電力系統(tǒng)構(gòu)成變得更加復(fù)雜，如何保證電網(wǎng)長期處于安全且高效的運(yùn)行狀態(tài)，成為業(yè)內(nèi)人士研究的重點(diǎn)。事實證明，引入繼電自動保護(hù)裝置，可使系統(tǒng)潛在故障被及時發(fā)現(xiàn)，但由于該裝置投入使用的時間較短，仍存在尚未解決的問題，未來有關(guān)人員應(yīng)將重心向該裝置傾斜，根據(jù)該裝置常見問題制定切實可行的解決方案，通過提升裝置可靠性的方式，使其價值得到最大程度的實現(xiàn)。

1 繼電保護(hù)自動裝置的價值

眾所周知，繼電保護(hù)不僅是保證電力系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵，同時還是推動電力系統(tǒng)朝著現(xiàn)代化方向前進(jìn)的主要動力。繼電保護(hù)的本質(zhì)是對系統(tǒng)異常、故障進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果發(fā)布預(yù)警，在隔離故障部分的前提下對其進(jìn)行切除的技術(shù)。要想使其作用得到應(yīng)有發(fā)揮，關(guān)鍵是要對元件所處狀態(tài)做出科學(xué)判斷，以系統(tǒng)電氣物理量所出現(xiàn)變化為依據(jù)，對故障點(diǎn)位置進(jìn)行判斷，從而采取相應(yīng)的措施對故障加以解決，以免造成難以挽回的影響。

對裝置可靠性進(jìn)行提升的目的，主要包括以下三點(diǎn)：一是確保系統(tǒng)潛在問題能夠得到及時處理，科學(xué)利用現(xiàn)有斷路器對故障段進(jìn)行切斷。二是配合其他系統(tǒng)對短暫故障進(jìn)行清除。三是通過發(fā)布預(yù)警等方式，確保管理人員對故障情況具有全面了解，為系統(tǒng)穩(wěn)定且高效的運(yùn)行奠基。

2 裝置可靠性的主要影響因素

2.1 整定值

有關(guān)人員指出，影響裝置可靠性的主要因素為裝置各部分對應(yīng)整定值的協(xié)調(diào)性較差，例如，在確定設(shè)計方案、對裝置進(jìn)行安裝期間，沒有進(jìn)行相應(yīng)的計算。

2.2 外界環(huán)境

裝置溫度會隨著運(yùn)行時間的增加而升高，一旦裝置溫度升高到一定值，便會造成環(huán)境雜質(zhì)、殘留物漂浮的問題，進(jìn)而導(dǎo)致自身快速老化，系統(tǒng)性能也會受到相應(yīng)的影響。除此之外，電源插頭、系統(tǒng)插板同樣極易受到環(huán)境因素的影響，從而出現(xiàn)接觸不良或是其他問題，致使系統(tǒng)所具有保護(hù)功能無法得到發(fā)揮。

2.3 裝置質(zhì)量

現(xiàn)階段，供電公司所使用繼電自動保護(hù)裝置仍存在較為明顯的不足，具體包括以下幾點(diǎn)：首先是裝置正式投入使用前，既沒有對其性能進(jìn)行檢測，也沒有對其進(jìn)行試運(yùn)行。其次是裝置內(nèi)部所安裝各元件間存在一定差異，無法做到對自動裝置、保護(hù)裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行。最后是廠家為控制生產(chǎn)成本、增加自身收入，對裝置加工流程和所用原料做出了調(diào)整，導(dǎo)致裝置質(zhì)量無法達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不達(dá)標(biāo)裝置發(fā)生故障的概率極高，對不達(dá)標(biāo)裝置加以使用，將給供電公司帶來深遠(yuǎn)的影響。

2.4 電源操作

要想使電力系統(tǒng)更加安全，還應(yīng)對電源操作進(jìn)行規(guī)范。一方面，運(yùn)行期間系統(tǒng)極易受到電解容量、電容儲量的影響，而無法做到在故障發(fā)生的第一時間切斷電源。另一方面，蓄電池、酸性電池內(nèi)部電液不穩(wěn)定，同樣會給系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。

3 如何有效提升裝置的可靠性

3.1 繼電保護(hù)層面

現(xiàn)有保護(hù)裝置主要分為靜態(tài)數(shù)據(jù)、機(jī)電工程兩類，根據(jù)實際投入激勵量可將其分成多次激勵、單次激勵。而裝置可靠程度以及抵抗外界干擾的水平，通常取決于電力系統(tǒng)性能、裝置自身性能，對裝置可靠性加以確定時，往往需要考慮四方面因素，首先是通過率，其次是裝置恢復(fù)正常狀態(tài)所花費(fèi)平均時長，再次是裝置在維持指定動作方面的能力，最后是有效性。

（1）重視硬件冗余。在提升保護(hù)裝置所具有可靠性方面，實證有效的方法便是以硬件冗余為落腳點(diǎn)，對容錯技術(shù)核心功能進(jìn)行充分發(fā)揮，確保即使保護(hù)裝置誤動，系統(tǒng)仍然能夠維持正常的運(yùn)行狀態(tài)。需要注意的是，對硬件冗余進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)視情況引入多數(shù)表計、并聯(lián)還有備用切換等技術(shù)，確保設(shè)備拒動率、可用性能夠達(dá)到預(yù)期，以免出現(xiàn)設(shè)備誤動率無法得到真實展現(xiàn)的問題。此外，有關(guān)人員還應(yīng)立足實際，對現(xiàn)有冗余方法進(jìn)行合理選用，在保證裝置使用量符合要求的前提下，盡量降低項目成本，使設(shè)計方案更具經(jīng)濟(jì)性。

（2）升級保護(hù)裝置。研究表明，保護(hù)裝置在特定范圍內(nèi)出現(xiàn)異常，通常不會出現(xiàn)拒動的情況，此外，任一裝置出現(xiàn)拒動，均不會給其他裝置的運(yùn)行造成影響，這也為裝置可靠性提供了保證。新形勢下，要想使設(shè)備整體可靠水平得到提升，關(guān)鍵是要對可靠性進(jìn)行計算，在保證計算所參考指標(biāo)準(zhǔn)確、計算所得結(jié)果具有實際意義的前提下，盡快排除誤動行為。另外，在選擇配套裝置時，有關(guān)人員可酌情引入自動控制回路，通過為配套裝置提供全方位保護(hù)的方式，確保裝置能夠做到長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）定期進(jìn)行維護(hù)。考慮到保護(hù)裝置需要長時間運(yùn)行，隨著運(yùn)行時間的累積，裝置出現(xiàn)異常的概率將大幅度提高，對其進(jìn)行維護(hù)的重要性有目共睹。有關(guān)人員應(yīng)定期對裝置進(jìn)行檢查與維修，重點(diǎn)檢查開關(guān)、按鈕是否靈活以及原件標(biāo)志是否完整，通過向接觸點(diǎn)施加一定壓力的方式，判斷裝置指示燈能否正常工作。此外，還應(yīng)將設(shè)備配線納入檢查計劃，確保設(shè)備不存在配線脫落或是配線搭接等情況。待檢查工作告一段落，根據(jù)檢查期間所掌握資料，對設(shè)備常見故障、故障成因進(jìn)行總結(jié)，并制定相應(yīng)的解決方案，盡量避免日后出現(xiàn)類似的問題，使系統(tǒng)所具有可靠性達(dá)到預(yù)期水平。

3.2 自動裝置層面

（1）全面了解設(shè)備狀態(tài)。考慮到該裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，運(yùn)行期間極易出現(xiàn)波動或類似情況，要想使裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定且可靠，關(guān)鍵是要全面了解設(shè)備狀態(tài)、初始參數(shù)、設(shè)計圖紙和其他相關(guān)資料，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷設(shè)備是否存在異常，為后續(xù)工作提供理論依據(jù)。

（2）密切關(guān)注運(yùn)行情況。提升裝置可靠性的又一切入點(diǎn)，便是對裝置運(yùn)行情況、運(yùn)行期間所產(chǎn)生數(shù)據(jù)加以了解，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)對裝置所遵循運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行確定。此外，運(yùn)行數(shù)據(jù)還可被用來為日后維修、更新等工作的開展提供指導(dǎo)。實踐表明，自動設(shè)備的故障率往往會隨著運(yùn)行時間的推移而有所提高，只有定期進(jìn)行檢查及維修，才能確保設(shè)備潛在故障被及時發(fā)現(xiàn)并得到解決，隨著設(shè)備可靠性得到增強(qiáng)，其所具有安全系數(shù)也將最大程度接近預(yù)期。

（3）定期更新裝置技術(shù)。科技的進(jìn)步，使得自動裝置技術(shù)更新?lián)Q代的速度較以往有所加快，由此可見，要想對裝置所具有可靠性進(jìn)行提升，還應(yīng)做到密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展趨勢以及前沿技術(shù)，例如，搭配使用不同廠家所提供產(chǎn)品，將各裝置在同一時間發(fā)生故障或是發(fā)生相同故障的概率降至最低，由此達(dá)到雙重保護(hù)的效果。但要注意一點(diǎn)，即變電站所選用保護(hù)裝置應(yīng)做到型號統(tǒng)一，工作人員可利用保護(hù)系統(tǒng)或是非常規(guī)的互感器，對自動技術(shù)進(jìn)行升級，并通過定期檢測的方式，為自動裝置所具有可靠性提供保證。

3.3 其他策略

（1）確定故障點(diǎn)。先要明確一點(diǎn)，故障點(diǎn)是指裝置為確保系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行所選擇的、對故障進(jìn)行處理的位置。考慮到繼電裝置結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，在確定故障點(diǎn)時，應(yīng)對圖1所標(biāo)出指標(biāo)加以考慮：

圖1 故障點(diǎn)確定指標(biāo)

通過圖1能夠看出，保護(hù)裝置所涵蓋可靠性指標(biāo)的數(shù)量較多，其中，可維修部分指的是繼電保護(hù)獨(dú)立完成某項特定工作的概率，保護(hù)裝置通常能夠做到以無故障時間、故障類型為依據(jù)，對工作時間加以調(diào)整，壓縮對無法修復(fù)故障進(jìn)行處理的時間，確保其他工作可得到有序開展。有效度則是指電力系統(tǒng)、自動裝置間所存在的故障關(guān)系。研究表明，若自動裝置所安裝電子互感器具有與普通互感器相同的可靠性，則自動裝置修復(fù)故障的成功率將和互感器作用持平。由于二次回路放棄了銅電纜，轉(zhuǎn)而使用通信網(wǎng)絡(luò)，因此，一旦指標(biāo)數(shù)值發(fā)生明顯變化，便代表系統(tǒng)存在異常。以不可維修部分為例，若將標(biāo)準(zhǔn)成功率作為參考，指標(biāo)成功率＞標(biāo)準(zhǔn)成功率，自動裝置將在系統(tǒng)周圍500m的范圍內(nèi)隨機(jī)選擇一處并切斷電纜，確保系統(tǒng)可得到穩(wěn)定運(yùn)行，如果指標(biāo)成功率＜標(biāo)準(zhǔn)成功率，該裝置將在500 m以外的區(qū)域選擇故障點(diǎn)，并完成后續(xù)工作。對于可維修部分，裝置將自行對比指標(biāo)數(shù)據(jù)所發(fā)生變化，在確定故障點(diǎn)的前提下進(jìn)行修護(hù)。

以故障指標(biāo)為依據(jù)對系統(tǒng)故障加以判斷的方法，可幫助工作人員快速了解系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)、判斷指標(biāo)間的關(guān)系，從而確定故障位置，并由自動裝置對切斷點(diǎn)加以選擇并處理。事實證明，這樣做既能夠保證系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定且高效的運(yùn)行狀態(tài)，還可使自動保護(hù)裝置變得更加可靠。

（2）快速切除故障設(shè)備。系統(tǒng)運(yùn)行期間有一定概率發(fā)生故障，文章所討論裝置的作用，主要是快速確定故障點(diǎn)所在位置，并將故障點(diǎn)坐標(biāo)、故障模式等信息同步至管理中心，確保管理人員對現(xiàn)場情況具有準(zhǔn)確了解。若故障程度較輕，裝置通常能夠自行修復(fù)，在對故障設(shè)備進(jìn)行切除并更換的同時，將相關(guān)信號同步至管理口，提示管理人員系統(tǒng)已經(jīng)恢復(fù)正常運(yùn)行。如果故障程度嚴(yán)重，則需要設(shè)備在發(fā)布預(yù)警的同時，以靈敏模塊所掌握信息對是否切除故障設(shè)備進(jìn)行判斷，并對初期影響、最終后果加以展示，如表1所示：

表1 故障模式與影響

（3）科學(xué)評價裝置的靈敏度。文章所討論裝置內(nèi)部裝有靈敏模塊，模塊可通過內(nèi)置互感器對系統(tǒng)情況進(jìn)行感應(yīng)，工作原理如下：互感器表面設(shè)有多個輸入及輸出口，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，光口發(fā)熱量就會直接作用于互感器，導(dǎo)致互感器采集所得數(shù)據(jù)發(fā)生變化，待互感器將采集所得數(shù)據(jù)同步給保護(hù)裝置后，由自動裝置根據(jù)采樣值決定是否切換主備用設(shè)備，同時對保護(hù)裝置所采取冗余方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。正常情況下，該裝置均能夠獨(dú)立完成確定采樣值變化所遵循規(guī)律，結(jié)合規(guī)律對故障位置加以確定，以及通過繞組變形測試對裝置靈敏度進(jìn)行判斷等工作，此外，還能夠自動生成如下表格：

表2 靈敏度情況

對裝置靈敏度進(jìn)行優(yōu)化評價，如果發(fā)現(xiàn)靈敏度存在偏差，該裝置將以偏差程度為依據(jù)，對硬件冗余方向進(jìn)行調(diào)整，同時對硬件所用容錯技術(shù)進(jìn)行變更，確保電力系統(tǒng)所使用電纜連接模式可及時得到切換。此外，還可以通過接入備用零件的方式，對靈敏模塊所具有誤動率、可用度加以控制，確保即使保護(hù)裝置存在誤動情況，模塊仍然能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，與此同時，保護(hù)裝置也能夠?qū)δK靈敏度給出相應(yīng)的評價。

（4）縮短事故處理時間。文章所討論裝置的作用主要是對不良故障進(jìn)行排除，使電力系統(tǒng)及各元件得以穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)階段，多數(shù)電力公司均對配電站進(jìn)行了升級，通過安裝接地裝置的方式，確保線路故障能夠被及時發(fā)現(xiàn)，并協(xié)助管理人員盡快確定故障成因，為排除故障等工作的開展提供幫助。考慮到用戶用電觀念、工作人員水平均會給裝置可靠性產(chǎn)生影響，電力公司應(yīng)做到定期組織培訓(xùn)，向員工傳授先進(jìn)理念及工作方法，以此來縮短事故處理時間，使供電質(zhì)量和穩(wěn)定性最大程度接近預(yù)期。

4 結(jié)論

綜上，在供電容量增多、供電范圍持續(xù)擴(kuò)大的雙重影響下，越來越多人開始意識到提升電力運(yùn)行所具有可靠性的意義。為保證電力系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行，有關(guān)人員決定引入繼電自動保護(hù)裝置，從宏觀視角出發(fā)，對該裝置所存在不足進(jìn)行分析，通過對裝置可靠性進(jìn)行提升的方式，使其對電力系統(tǒng)乃至電力行業(yè)發(fā)展所具有推動作用得到充分發(fā)揮。