變電站繼電保護的可靠性分析

夏澤春

摘 要：變電站的繼電保護裝置具有防止故障及抗干擾的作用，是電力系統運行安全的第一道防線，其工作狀態直接影響著整個電力系統。文章介紹了繼電保護裝置的作用，及造成繼電保護裝置失效的因素，并提出利用故障樹分析法對繼電保護裝置的可靠性進行分析。實踐證明，該分析方法所得結果可信度較高，可根據其分析結果制定增強繼電保護可靠性的方法。

關鍵詞：繼電保護；可靠性；影響因素；故障樹分析

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0079-01

近年來，在社會經濟快速發展及用電量日益增加下，電力系統的負載越來越大，系統構造也越來越復雜，對運行安全提供了更高的要求。繼電保護作為電力系統的第一道防線，其工作狀態是否良好就顯得尤為重要。為此，必須想方設法提高繼電保護的可靠性，為整個電力系統的安全、穩定、可靠運行奠定堅實的基礎。

1 繼電保護裝置及其作用

繼電保護裝置主要由測量裝置、保護裝置、二次回路、斷路器及操作機構組成，其中繼電器是主要元件。在整個電力系統中，繼電保護承擔著保護電力系統運行安全可靠的重責，具有防止故障及抗干擾的作用。電力系統發生故障后，繼電保護裝置自動檢測到故障或不工作的原件，及時發出故障信號或自動斷開不工作的原件，隔離故障設備與電力系統，使電力系統及其附屬設備免于受到損壞，將故障危害程度降至最低，有效保證了電力系統運行安全，確保供電安全、連續。

2 繼電保護的可靠性及失效原因

繼電保護的可靠性是指發生故障或不工作時，繼電保護裝置不應拒動，而在任何其他不應動作的情況下，不應誤動。繼電保護的可靠性是繼電保護裝置發揮作用的前提和基礎，若保障不了可靠性，繼電保護裝置就會失效，當電力系統發生故障或不工作時，也就不能及時做出相應的動作。

在實際運行中，影響繼電保護可靠性的因素較多，既有產品質量上，也有工作環境、人為操作和軟件等方面。這些因素的存在，導致繼電保護裝置的拒動率、誤動率和缺陷率較高，嚴重降低了繼電保護的可靠性，造成是繼電保護裝置失效。為了切實提高繼電保護的可靠性，就要采用科學的方法來分析與評估繼電保護的可靠性，避免繼電保護裝置失效。

3 基于故障樹分析法繼電保護的可靠性分析

3.1 故障樹分析法

故障樹分析法是一種理論與實踐相結合的分析方法，常用于評價工程的可靠性。該分析方法的實施主要是在繼電保護裝置設計中，通過對可能造成裝置發生故障的各種因素（產品質量、工作環境、人為操作等）進行單獨分析，得到邏輯分析圖，從而判斷哪些因素或組合能導致裝置發生故障，并計算出故障發生的概率，然后制定應對措施，并消除不利因素的影響，避免發生故障，從而提高繼電保護的可靠性。

3.2 可靠性指標

可靠性指標是用數值的大小來表示可靠性各個方面性質的量。其設定要遵循四個原則：第一，滿足使用要求，覆蓋保護行為特點；第二，滿足一定先進性的前提條件，保證成本最小化；第三，不同的使用條件，設定不同的指標水平；第四，具有可測性、可行性及指標間的相關性。

常用的可靠性指標有可靠度、可用度、故障率、修復率、計劃修復率、切換時間、平均無故障工作時間、平均修復時間等，每一個指標代表著繼電保護裝置可靠性的每一個性質。為了科學分析繼電保護裝置的可靠性，基于繼電保護裝置的工作原理，合理設定繼電保護裝置可靠性指標。繼電保護裝置一般有兩種運行狀態，一種是正確工作狀態，另一種是不正確工作狀態。

3.3 繼電保護裝置失效模型建立

基于繼電保護裝置的工作原理，把繼電保護裝置失效分為兩部分，一部分是保護的失效，另一部分是斷路器的失效。在這里，用A表示保護正確，用B表示斷路器正確，那么，繼電保護裝置的失效表示為：

AB+AB+AB=AB+B。

AB表示：保護失效、斷路器正確；AB表示保護正確、斷路器失效；AB表示保護失效、斷路器失效。在這三種失效組合下，得到兩種失效結果，一種是保護失效、斷路器正確，另一種是斷路器失效。基于這樣的結果，繼電保護裝置的失效模型故障樹模型，如圖1所示。

圖1 繼電保護裝置失效的故障樹模型

在模型中，AB、B分別是繼電保護裝置失效的兩種情況。①代表斷路器可靠動作率，②……⑦表示發生的故障事件，②表示斷路器發生故障，③代表二次回路、接線發生故障，④代表繼電保護輔助裝置發生故障，⑤代表電壓、電流互感器發生故障。⑥代表裝置的通信、通道及接口發生故障，⑦代表繼電保護裝置發生故障。確定了每一種故障事件后，則要求解出它們的失效率。

3.4 繼電保護裝置的失效率和可用度求解

在繼電保護裝置的失效模型故障樹模型確定基礎上，根據馬爾科夫狀態法，設以上七種事件的失效率分別為x1、x2……x7，那么，根據

AB+AB+AB=AB+B

可知，繼電保護裝置的失效率為

x1（x3+x4+x5+x6+x7）+x2=x1x3+x1x4+x1x5+x1x6+x1x7+x2。

從這一結果中不難看出，保護裝置的失效率所占比重最大，這說明了在整個繼電保護裝置系統中，保護裝置是最薄弱的部位，若想要增強繼電保護的可靠性，應注重從這一方面入手。

基于以上分析，將相關數據帶入故障樹模型中，經過計算模型的數據處理后，得到相應的故障率，用以評價繼電保護裝置運行的可靠性。

4 增強繼電保護裝置運行的可靠性途徑

根據以上分析，我們知道繼電裝置設備是整個繼電保護系統中比較薄弱的部位。所以，在保護裝置購買、安裝、調試中應做好質量控制工作，確保設備使用性能良好。在變電站日常的巡檢和維修工作中，嚴格按照國家相關的規定進行檢修，及時發現保護裝置中存在的故障隱患，并采取有效的綜合防治措施，盡早消除故障隱患。

5 結 語

綜上所述，在變電站工作中利用故障樹分析法對繼電保護可靠性進行分析，切實提高保護裝置運行的可靠性，確保繼電保護充分發揮自身的作用，為電力系統的正常運行保駕護航。

參考文獻：

[1] 馮俊杰.繼電保護風險及其可靠性分析[J].企業技術開發，2015，（12）.