電力繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析

馬釗

[摘要]隨著我國(guó)電力系統(tǒng)應(yīng)用范圍的逐步增大，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，維持繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行則顯得至關(guān)重要。本文首先著重分析并研究繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性的各個(gè)衡量指標(biāo)，詳細(xì)闡述了繼電保護(hù)裝置的功能可靠性和設(shè)備可靠性，以及提高繼電保護(hù)可靠性的相關(guān)途徑，對(duì)于電力繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)的可靠性研究有一定的借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]繼電保護(hù)系統(tǒng)；可靠性；功能；設(shè)備

[中圖分類號(hào)]TM77 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0300-01

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)處于飛速發(fā)展中，電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模也不斷--擴(kuò)大，覆蓋的區(qū)域也日益遼闊。在電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，不同種類的電氣設(shè)備與各種復(fù)雜的電氣電路相連接，以及各種人為因素和復(fù)雜環(huán)境運(yùn)行的影響，可能會(huì)導(dǎo)致一些故障，而給電力系統(tǒng)安裝繼電保護(hù)裝置后，一旦發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置中的+或者幾個(gè)自動(dòng)特殊繼電器組合形成的自動(dòng)裝置系統(tǒng)，就能自動(dòng)地切斷被保護(hù)的單元，同時(shí)也能夠發(fā)出信號(hào)以警示工作人員。在所有的電力系統(tǒng)中，例如電壓器、母線、線路等，都不可以在沒(méi)有繼電保護(hù)的工作狀態(tài)下運(yùn)行，所以電力繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性對(duì)于電網(wǎng)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全起著至關(guān)重要的作用，因此對(duì)于電力繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析也顯得尤為必要。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性常用的衡量指標(biāo)

繼電保護(hù)可靠性定義是繼電保護(hù)裝置在給定條件下完成規(guī)定的保護(hù)功能的概率，也就是電力系統(tǒng)在給定的條件下，如果發(fā)生了繼電保護(hù)裝置應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，它不應(yīng)該不動(dòng)作，而在繼電保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作時(shí)，它不應(yīng)該誤動(dòng)作。繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性包括設(shè)備可靠性和功能可靠性兩種。

針對(duì)不同的設(shè)備或者系統(tǒng)，采取不同的可靠性衡量指標(biāo)，主要采用以下的指標(biāo)來(lái)衡量繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性：

（1）采用概率來(lái)表示

其定義為“單位元件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在確定的條件下執(zhí)行規(guī)定任務(wù)的概率”。對(duì)于發(fā)生事故之后不能修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備，主要采用概率的方法來(lái)表示其可靠性的指標(biāo)；而系統(tǒng)或者設(shè)備在發(fā)生故障之后依然可以修復(fù)的，它只能表示系統(tǒng)或者設(shè)備首次事故前的可靠性。

（2）采用時(shí)間來(lái)表示

事故間MTBF平均時(shí)間。即系統(tǒng)或者設(shè)備從開(kāi)始使用到發(fā)生故障的平均時(shí)間，它既可用于可修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備，又可用于不可修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備。由此可以推出，用于可修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備的事故間MTBF平均時(shí)間，則表示兩次故障之間的時(shí)間常數(shù)。

（3）采用頻率來(lái)表示

顧名思義，動(dòng)作正確的的概率，即在一定的時(shí)間內(nèi)（例如一個(gè)月）統(tǒng)計(jì)被修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備正確的動(dòng)作的次數(shù)與所有的動(dòng)作次數(shù)的比值。

2 電力繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析

2.1 電力繼電保護(hù)系統(tǒng)的組成

電力繼電保護(hù)系統(tǒng)可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，而硬件系統(tǒng)由電壓電流互感器、繼電保護(hù)裝置、二次回路、繼電保護(hù)的輔助裝置、裝置的通信、通道及接口、短路器以及操作機(jī)構(gòu)成，軟件系統(tǒng)就是在硬件的基礎(chǔ)之上，研發(fā)的具有繼電保護(hù)功能的軟件。

2.2 繼電保護(hù)操作時(shí)的相關(guān)規(guī)范

（1）繼電保護(hù)的驗(yàn)收工作

工作人員完成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的安置之后，在繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置工作前，操作人員必須審查保護(hù)工作人員的工作票，及其安全措施，并認(rèn)真按工作票與實(shí)際工作情況作好安全措施。在完成保護(hù)工作后，操作人員應(yīng)及時(shí)驗(yàn)收，并將相關(guān)的操作項(xiàng)目、電力接線等更改數(shù)據(jù)作好相應(yīng)的記錄，操作人員必須和值班調(diào)度員進(jìn)行整定值和有關(guān)注意事項(xiàng)的核對(duì)，無(wú)誤后方可投入運(yùn)行以確定電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全和穩(wěn)定。

（2）繼電保護(hù)的運(yùn)行監(jiān)視工作

只有在做好電力系統(tǒng)的險(xiǎn)情防范工作，及時(shí)排除繼電裝置運(yùn)行過(guò)程中可能潛藏的隱患，才能及時(shí)地排除電力險(xiǎn)情，以及保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。繼電保護(hù)運(yùn)行的監(jiān)視工作主要包括：保持繼電保護(hù)裝置表面干凈無(wú)塵埃，同時(shí)也要時(shí)刻注意關(guān)閉盤柜門；電磁繼電器接點(diǎn)是否有燒毛粘連現(xiàn)象，檢查外觀有無(wú)損壞現(xiàn)象；各繼電器接線有無(wú)燒損、接觸不良或松脫現(xiàn)象；盤后端子排接線有無(wú)松脫現(xiàn)象；各元件的實(shí)際工作狀態(tài)是否正確；模擬燈位置指示是否正確，音響信號(hào)是否正常等。

（3）繼電保護(hù)系統(tǒng)的升級(jí)工作

隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)等各個(gè)綜合學(xué)科在繼電保護(hù)中的廣泛應(yīng)用，使得繼電保護(hù)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，因此電力工作者需要學(xué)習(xí)的知識(shí)面也越來(lái)越寬。在保證繼電保護(hù)裝置正常運(yùn)行的條件下，電力工作者同時(shí)也要做好技術(shù)改造和系統(tǒng)升級(jí)的工作。例如，當(dāng)前常規(guī)的電流和電壓互感器已不能適應(yīng)以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字保護(hù)裝置，取而代之的是低功率的電流和電壓互感器。

2.3 提高繼電保護(hù)可靠性的相關(guān)途徑

（1）促進(jìn)繼電保護(hù)的微機(jī)化和信息化

在電子信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，微機(jī)保護(hù)在各個(gè)方面的科技含量也逐步提高。相比以前的小型機(jī)，最新的工控機(jī)的在功能方面、存儲(chǔ)容量和速度方面都有很大的提高，這樣一來(lái)，便可以采用成套的工控機(jī)做繼電保護(hù)的技術(shù)，便可使得繼電保護(hù)中的不可靠性將大大降低。繼電保護(hù)裝置主要用于切除故障元件，它的作用還是很單一，因此可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將整個(gè)電力系統(tǒng)作為一個(gè)整體連接起來(lái)，使得每個(gè)保護(hù)單元都可以共享故障和數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)信息的共享。

（2）提高繼電保護(hù)運(yùn)行的智能化程度

人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，應(yīng)用行業(yè)也越來(lái)越廣泛。在繼電保護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能是一項(xiàng)非常重要的創(chuàng)新技術(shù)。例如在電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)領(lǐng)域中，廣泛應(yīng)用遺傳算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。人工智能在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，很大程度上提高繼電保護(hù)的穩(wěn)定性。由于人工智能具有極強(qiáng)的邏輯思維，可以進(jìn)行快速處理等優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性帶來(lái)了極高的效率。

（3）使用性能優(yōu)質(zhì)的數(shù)字器件

性能優(yōu)質(zhì)的數(shù)字器件，如FPGA和CPLD在繼電保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，將大大提高繼電保護(hù)的質(zhì)量。EPGA是一種可編程邏輯器件，CPLD是一種復(fù)雜的可編程序邏輯器件，它們都具有功能高度集中的特點(diǎn)，F(xiàn)PGA和CPLD都能同時(shí)將不同微機(jī)系統(tǒng)的功能集中在一塊芯片上。這樣的數(shù)字控制器與繼電保護(hù)系統(tǒng)的高速集成、快速響應(yīng)等特點(diǎn)的可靠性息息相關(guān)。FPGA和CPLD這樣的數(shù)字控制器件能夠有效地縮短了繼電保護(hù)裝置的研發(fā)周期，在一定程度上提高了繼電保護(hù)的可靠性。

（4）繼電保護(hù)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)和優(yōu)化

繼電保護(hù)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)是提高繼電保護(hù)的重要方法之一，冗余設(shè)計(jì)的方法就是確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行前提下，允許其個(gè)別裝置不正常工作的容錯(cuò)技術(shù)。在繼電保護(hù)硬件冗余設(shè)計(jì)時(shí)，可采用并聯(lián)、多數(shù)表決、備用切換等方法。繼電保護(hù)裝置的冗余設(shè)計(jì)能夠明顯地改善繼電保護(hù)的可靠性指標(biāo)。

（5）使用可靠性較高的繼電保護(hù)裝置

使用性能較高的繼電保護(hù)裝置可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。繼電保護(hù)裝置的可靠性定義為：系統(tǒng)裝置在合理的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)出動(dòng)作指令時(shí)，繼電保護(hù)裝置不可以誤動(dòng)作，當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作指令時(shí)，繼電保護(hù)裝置不可以拒動(dòng)作。正確地評(píng)價(jià)繼電保護(hù)裝置的可靠性指標(biāo)也是至關(guān)重要，首先，準(zhǔn)確劃分正確動(dòng)作率和不正確動(dòng)作率；其次，在繼電保護(hù)裝置運(yùn)行過(guò)程中把正確計(jì)算率指標(biāo)納入?yún)^(qū)外故障。最后，應(yīng)用繼電保護(hù)裝置輔助裝置等措施來(lái)確保電路的正確動(dòng)作和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)論

本文主要闡述了繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性常用的衡量指標(biāo)，以及深入探究了提高繼電保護(hù)可靠性的相關(guān)途徑，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠性的研究有一定的參考價(jià)值。

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