供電系統繼電保護的可靠性淺析

陳乃松

1.福建省電力有限公司寧德電業局，福建 寧德 352100

2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206

1 繼電保護的可靠性的概念

隨著我國經濟的高速發展，電網規模越來越大，電力系統的可靠性問題也就隨之而來。對于繼電保護裝置，當供電系統正常運行時，裝置應處在休息準備狀態，不會動作，如果保護裝置此時動作，則發生“誤動”；當供電系統發生不安全運行時，裝置則應該開始動作，如果保護裝置此時停止不動，則為“不正確動作”，即“拒動”。所以，繼電保護裝置的可靠性是指在該裝置規定的范圍內發生了它應該動作的故障時，它不應該拒動作，而在任何其它該保護不應動作的情況下，它不應誤動作。在供電系統中，繼電保護裝置發生“誤動”，可能會導致用戶供電的不連續，就供電系統而言造成的不良后果不是很嚴重，但如果繼電保護裝置發生“拒動”，會對電力設備造成很大的傷害，嚴重的將會使整個電網陷入癱瘓，如2003年美加大停電事故等。

繼電保護裝置的結構如圖1所示：

圖1

2 討論繼電保護可靠性的必要性

繼電保護裝置是一種自動裝置，在電力系統中主要負責電力系統的安全可靠運行，這是它的主要職責也是任務，它可以隨時掌握電力系統的運行狀態，同時及時發現問題，從而通過選擇合適的斷路器切斷問題部分，以最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞，降低對電力系統安全供電的影響；其次，當系統出現意外情況時，繼電保護裝置會自動發射信號通知工作人員，相關工作人員就能及時處理故障，解決問題，恢復系統的安全運行；同時，這種裝置還可以和其他設備相協調配合，或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。因此，繼電保護設備保障了供電系統的安全運行。

繼電保護裝置要能正確的執行動作，并隨時處于準備狀態。反之，繼電保護裝置若不能滿足可靠性的要求，保護裝置反而成為了擴大事故或直接造成故障的根源。保證供電的可靠性是完成安全供電的前提，因此，保證繼電保護裝置的可靠性是極其重要的。

3 繼電保護裝置可靠性的評價指標

現實應用中，一般采用以下的一些指標來評價繼電保護裝置的可靠性：

正確動作率：一定期限內所統計的繼電保護裝置的正確動作次數占總的動作次數的百分比。用公式表示為

正確動作率可以表示該繼電保護系統每年的變化趨勢，正確動作率是目前主要的評價指標。

可靠度：元件在起始時刻正常工作的條件下，在時間區間（0，t）無故障的概率。

可用率：元件在起始時刻正常工作的條件下，時刻t正常工作的概率。

故障率：元件從起始時刻直到時刻t完好條件下，在時刻t以后單位時間里發生故障的概率。

修復率：元件自起始時刻直到時刻t故障的條件下，時刻t以后每單位時間里修復的概率。

4 影響繼電保護裝置可靠性的因素

繼電保護裝置一旦安裝完成就要立刻投入使用，按照給定的操作方案進行安裝和運行，隨著現在的繼電保護裝置的愈加先進，其系統結構也越來越復雜，繼電保護裝置在監督供電系統處于運行狀態時，會將出現的故障自動并準確的排除掉。而當保護裝置的可靠性沒有得到保證的時候，就會出現“拒動”和“誤動”的問題。

繼電保護裝置的“拒動”和“誤動”都會給電力系統造成嚴重危害，由于電力系統的結構和負荷性質的不同，“拒動”和“誤動”所造成的危害往往不同。在電力系統中旋轉備用容量很少及各系統之間與負荷和電源之間聯系比較薄弱的情況下，當繼電保護裝置的“誤動”使發電機變壓器或輸電線切除時，將會引起對負荷供電的中斷，甚至造成對系統穩定性的破壞，其損失是巨大的。因此提高繼電保護裝置的可靠性要從提高其“不拒動”和“不誤動”的可靠性著手。

4.1 質量原因影響繼電保護裝置可靠性

繼電保護裝置的生產屬于技術性生產，裝置質量的好壞直接影響其可靠性的高低，制造廠家應該嚴格控制裝置的質量，防止還沒有經過實際的檢驗和運作測試便出廠投入使用的情形發生；為了節約成本而偷工減料，這些情況都會導致繼電保護裝置發生誤動或拒動。

4.2 線路故障率及故障修復時間

線路故障是影響可靠性的因素之一，發生的原因多是由于雷擊、絕緣損壞、自然劣化導致，少數與線路設備、材料有關；另一個因素就是故障修復時間，正確快速的找到故障，可以有效地縮短故障時間，提高可靠性。

4.3 操作原因

保護裝置安全準確的運行與電源的操作有直接的關系，首先，電容儲能裝置，電解電容日漸老化、容量減少，發生故障時不能及時切除；其次，酸性或鎘鎳蓄電池也會出現各種各樣的問題，如果沒有及時解決這些問題，漸漸的繼電保護裝置就會失去可靠性；第三，互感器質量差，由于長期的操作運行使其磨損程度越來越大，已經影響到保護裝置的工作效果；最后，選取安裝的保護裝置型號不對或者選擇不合理,都有可能影響其可靠性。

4.4 繼電保護整定值不準確

整個電網中，如果各級保護之間的整定值不協調，或者同個裝置的不同保護原理整定值不協調的話，都會使保護裝置拒動或誤動。

4.5 受裝置運行環境影響

繼電保護裝置運行時受周圍環境影響較大，周圍空氣中如果含大量的雜質或發電殘留物，都會使繼電保護裝置受到腐蝕而老化，而繼電保護裝置持續工作又散發出大量的熱量，加速了裝置的老化，使裝置出現接觸不良等現象，而保護功能也隨之喪失。

繼電保護系統可靠性的關鍵，在于裝置的設計和安裝過程，這些步驟的準確操作都對保護裝置維持可靠性起著重要的作用；同時,還存在一些客觀原因，保護裝置投入使用后,各種因素都有可能突然發生,不能實現完全可靠性。

5 提高繼電保護可靠性的措施

提高繼電保護可靠性的措施要從繼電保護裝置的生產到使用的整個環節和過程監督控制。為確保保護裝置動作的可靠性，則要求保護裝置安裝調試要正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質量要可靠，工作人員技術水平過關、解決問題的能力過硬，運行維護要得當，以提高保護的可靠性。

5.1 加強可靠性管理

要提高繼電保護裝置的可靠性，首先要不斷加大可靠性管理制度，完善管理體制，建立健全的可靠性管理體系，加強可靠性的專業培訓，對故障原因、檢修工作做好計劃分析，加強專業間的配合工作和計劃的合理性和周密性，做到管理上有分析、有計劃、有措施、有總結。

5.2 質量控制與嚴格操作

提高保護裝置的生產質量要從各個零件開始把關，應盡量使用生命周期長的元件，加大管理力度，防止次品元件進入生產。晶體管保護裝置的生產要重視焊接效果，晶體管必須進行嚴格的篩選，使其能在高溫作業的環境下保持良好的性能。此外，由于晶體管本身的抗干擾能力較差，易被干擾，所以，應在設計和安裝階段采取合理的措施來排除干擾源。

5.3 改善裝置運行環境

改善繼電保護裝置運行環境，不僅可以增加繼電保護裝置動作的可靠性，同時也可以增加繼電保護裝置的使用壽命。日常運行時，應保持繼電保護室的密封，同時，有條件的情況下，繼電保護室應配置空調以調節室溫，特別是夏天，正常的室溫可以使繼電保護裝置達到最好的運行狀態，從可提高繼電保護裝置的可靠性。

5.4 增強事故處理能力和處理效率

穩定的線路通常是裝置正常運行的前提，所以要不斷檢查線路，排除故障，在變電站內安裝小電流接地選線裝置，并在線路上安裝故障信號指示器，以此來幫助及時找到故障源頭，縮短故障查詢時間。提高人員處理故障的水平，同時對用戶進行安全用電教育宣傳，向用戶介紹新的電力技術和設備，降低因用戶原因而引起故障問題的概率，大力開展社會宣傳工作，提高整個社會對安全用電的意識，盡一切力量減少因外力引發的事故。

6 結論

目前，繼電保護已經得到了廣泛的應用，它是電力系統正常安全運行的保障，隨著科技的發展，在提高供電系統的可靠性措施方面已經取得一些成績，雖然還存在著一些問題，相信通過不斷摸索和對新科技、新方法的使用，保護裝置的可靠性會不斷的提高，不僅為用戶提供更多更良好的服務，也會為社會創造更多的財富。

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