基于故障樹分析法的繼電保護系統可靠性分析

王劍初

摘要：隨著我國電力事業的發展，網絡結構越來越復雜，電力系統的規模也在逐漸增大。在在覆蓋面不斷擴大的同時，人們對電力系統可靠性也具有了更高的要求。在本文中，將就基于故障樹分析法的繼電保護系統可靠性進行一定的研究。

關鍵詞：故障樹分析法；繼電保護；系統可靠性；

1 引言

在現今社會中，電力對于人們的生活具有非常重要的意義，電力系統運行的可靠性以及安全性也將直接對我國的國民經濟發展產生影響。隨著電力系統規模的擴大，我國電力網絡所具有的結構也變得越來越復雜，并因此使人們對其所具有的可靠性具有了更高的關注。目前，我國對于變壓器、電網以及機組的一次設備可靠性已經具有了較高的研究水平，并從最初的研究、評價逐漸深入到標準的建立。而對于電力系統二次系統、自動裝置以及繼電保護等，是否能夠有選擇性、正確、自動的對設備故障進行切除，以此使電力系統安全性得到了提升，則成為了非常重要的一項工作，同時也是以往我國電力系統研究過程中存在的空白區域。近年來，我國在電力系統二次系統可靠性研究的實踐以及理論方面存在著較大的差異，其中，繼電保護可以說是非常重要的一項設備，其不僅直接影響到電力系統運行的可靠性，如果在問題發生時沒有進行正確的動作甚至會擴大電力系統故障，并因此引發電力系統崩潰情況，很可能因此在造成較大范圍停電的同時對社會帶來重大的經濟損失。為了避免上述情況的出現，就需要我們能夠做好繼電保護可靠性的研究。

2 繼電保護可靠性模型

對于電網繼電保護系統來說，其由測量裝置、二次回路、斷路器操作機構以及繼電保護裝置所組成的，對于目前的計算機繼電保護系統來說，其可以分為硬件以及軟件兩大部分，我們可以根據系統分類情況對可靠性影響因素進行尋找，并在一定的分析基礎上對其計算模型進行建立，之后，則可以通過馬爾科夫狀態法的應用對其失效率以及可用度進行求出。

2.1 硬件失效因素

硬件系統方面，其由繼電保護裝置、輔助裝置、電流互感器、電壓互感器以及二次回路等組成的：第一，對于繼電保護裝置來說，其本質為一臺較為特殊的計算機設備，分為以下幾個模塊：中央處理模塊、模擬量輸入模塊、通信模塊、人機接口模塊、數字量輸入模塊以及數字量輸出模塊；第二，二次回路。二次回路在實際應用中很容易出現線路裸露、絕緣老化以及元件接觸不良等問題，并因此使線路出現故障；第三，電壓電流互感器。對于該設備來說，其在運行中可能出現接線連接松動以及二次接線錯誤等情況，在這種情況下，就需要互感器引出端子具有正確的極性，并保證電壓互感器以及電流互感器二次端子到保護裝置的接線具有正確性；第四，輔助裝置。該裝置可以分為三相操作繼電器箱、分相操作繼電器箱以及交流電壓切換箱等，其能夠作為斷路器操作以及二次回路切換的輔助裝置，能夠對斷路器設備的控制操作進行滿足；第五，裝置通道以及通信接口。其包括縱聯差動保護的光纖、高頻保護的收發訊機以及自動化系統網絡接口等元件，對于這部分設備來說，在整個系統中為較為薄弱的環節，在實際應用中很容易使通信遭到阻斷，并對裝置的正確動作產生影響；第六，斷路器。斷路器在可靠性方面也不強，在實際應用中，其同繼電保護系統能否完全的配合工作將對故障的切除有效性產生影響。

為了能夠對影響保護失效問題進行更為深入的研究，我們以故障樹分析法將硬件失效分成兩個部分，即斷路器失效以及保護失效。首先，我們設A保護正確，B表示斷路器正確，系統失效情況則可以表示為 ，在此基礎上，我們可以得到該硬件系統故障樹為：

圖1 硬件失效故障樹

在上圖中，我們分別對以下事件進行了設置：事件1表示斷路器可靠性動作率；事件2表示斷路器失效；事件3表示接線以及二次回路失效；事件4表示輔助裝置失效；事件5表示電壓電流互感器失效；事件6表示裝置通道接口以及裝置通信失效；事件7表示繼電保護裝置失效。之后，我們分別設x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7來表示上述7個事件的失效率，并通過下行法對其最小隔集進行求出，則可以得到硬件失效率為：

其中，不同模塊所具有的概率重要度如下表所示：

表1 不同模塊概率重要度

從上表可以看到，在不同模塊概率中，保護裝置所占據的比例值最大，其次則為二次回路。當其在整個模塊中所具有的比例越大時，在硬件系統失效情況中的作用也就越大。從這里我們則可以了解到，保護裝置是引起硬件系統出現失效情況最主要的一個環節，也為整個硬件系統中最為薄弱的一個環節。

2.2 軟件失效因素

在計算機繼電保護設備中，軟件算法可以說是對保護功能進行實現的重要科信，如果軟件出錯，將會使保護裝置出現拒動或者誤動現象。有以下因素可能使軟件出現錯誤：第一，由于沒有對需求分析進行準確的定義而使用戶同軟件開發人員對實際需求具有不同的理解；第二，軟件在算法原理方面存在的不足或者在設計上存在失誤情況；第三，編碼出現錯誤；第四，定制輸入發生錯誤；第五，測試不規范。在對軟件可靠性進行研究時，我們可以將軟件可靠性視作一種隨機的過程，并通過可用概率的分布情況對其進行描述。同時，我們也需要了解到，系統硬件與軟件在可靠性上也存在著較大的不同：對于硬件來說，其存在著較為嚴重的老化現象，其所具有的可靠性將隨著時間的增加而逐漸降低，而對于軟件而言，其在具體使用中則不會存在老化現象，且其所具有的失效問題也會在我們對軟件進行測試、運行的過程中得到排除。而在硬件可靠性方面，則同其內部的元器件具有著較為密切的關聯，而軟件可靠性則主要取決于自身復雜程度以及軟件在設計上存在的問題等。對此，對于軟件可靠性進行測量以及建模同硬件相比更加具有挑戰性。在對軟件模型影響因素進行分析后，我們可以得到下述公式：

其中，θ代表故障減少率系數；u代表軟件系統在運行過程中累計發現的錯誤數；λ0代表初始故障概率。

3 結束語

在我國現今城市規模、工業建設規模不斷擴大的情況下，城市電力供應的穩定性將直接對城市企業、居民的生活、經濟產生影響，具有非常重要的意義。在上文中，我們對基于故障樹分析法的繼電保護系統可靠性進行了一定的研究與分析，具有較好的研究意義以及應用價值，需要我國電力部門能夠在今后工作開展中能夠更好的把握重要參數，在對重點設備進行良好控制的基礎上保障電力的穩定供應。

參考文獻

[1]劉鋁.繼電保護系統的可靠性及在電網中的應用探討[J].企業技術開發.2014（20）：51-52.

[2]黃潔.繼電保護系統安全運行措施探究[J].電源技術應用.2013（08）：55-56.