繼電保護可靠性分析及風險管理措施探討

李隆達

摘要：繼電保護是電力系統的重要組成，繼電保護的可靠性是電力系統正常運行的基本保障。筆者首先介紹了繼電保護可靠性的含義，并根據繼電保護的特點分析了可靠性分析技術及可靠性評價指標，最后在此基礎上討論了風險管理措施，對企業加強繼電保護有一定指導意義。

關鍵詞：繼電保護；可靠性；風險管理；評估

0 引言

隨著國家工業的迅猛發展，電力系統的復雜程度和運行效率也得到了大幅提升，這為系統運行的可靠性和安全性帶來隱患。由于電網規模、分布差異性越來越大，產生故障的因素也越來越多，電力市場的開放，也為電力系統的穩定性產生一定影響。新能源電力在近年來也得到了較快的發展，系統二次設備工作的重要性愈發明顯。繼電保護是電力系統的首道防線，繼電保護的可靠性對于確保電力系統穩定工作有重要意義。

1 繼電保護可靠性的含義及特點

繼電保護可靠性指的是元器件在預定時間內，確定條件下實現一定功能的能力。可靠性本身也是一門學科，從安全性、質量和可修性等方面評價一件產品或者一套系統。從上述繼電保護可靠性的定義可以看出，影響繼電保護可靠性的主要有三個因素。即時間、條件和功能實現。研究繼電保護可靠性應當分為兩個層次：組件和系統。

繼電系統是一種可修復性的系統，因此具備以下特點：①工作環境是動態的，可靠性的研究符合隨機性原則；②影響因素多，進行模擬計算時難度較高；③可靠性研究需要同時考慮誤動失效和拒動失效，兩者有分別可以分成可檢測和不可檢測。

2 影響繼電保護可靠性的因素

研究影響繼電保護可靠性因素需要分別從硬件、軟件和人為因素三個方面分析，裝置硬件主要包括電子設備等，通過利用光纖進行輸入，可以有效提高可靠性。裝置軟件中主要依靠軟件算法進行保護，軟件只能從原理、軟件設計等方面確保可靠性。二次回路是影響繼電保護可靠性的重要因素，一旦二次回路出現故障，會直接影響整個系統。目前采用的二次回路自帶監控功能，一旦出現故障，將第一時間發出警報，將損失降至最低。分析繼電保護可靠性主要依據可靠度、可用度、失效密度、失效率、MTBF、修復分布函數、修復密度、修復率、MTTR等指標進行分析。

3 繼電保護失效類型

為了提高繼電保護可靠性，需要對繼電保護失效機理有足夠的了解。目前繼電保護的失效形式主要分為硬件失效、原理性失效和環境干擾失效。硬件失效主要是保護裝置本身出現問題、二次回路發生故障等，一般用GO法可以診斷硬件失效。原理性失效主要是軟件出現差錯。環境干擾失效包括人為干擾和天氣干擾，前者主要是對設備進行了錯誤操作，后者則是復雜的氣候天氣條件對繼電保護產生影響。

4 風險管理的含義

提出風險的概念主要是為了對小概率事件進行研究，最大程度確保電力系統運行穩定性。風險管理是在繼電保護可靠性出現問題之后，對該風險產生的不良影響及造成的經濟損失實現量化評價的工作。風險管理工作包括風險識別、風險評估和風險控制這三個主要步驟。風險管理是建立在繼電保護可靠性分析之上的，通常采用解析法和仿真法，前者側重于根據系統中的參數搭建數學模型，然后確定各個指標，這種方法是一種精確算法，通過簡化條件，得到置信度較高的結果，但是在處理系統結構復雜的問題時將會變得十分繁瑣，繁雜的建模和龐大的計算量對計算的精確度都會產生很大阻礙。仿真法則是實際過程進行模擬，用模擬的方法得出各項指標，仿真法相比解析法約束條件更少，在復雜的系統分析時經常取得良好的分析效果。

5 繼電保護可靠性評價模型

除了第3節介紹的GO法外，故障樹解析法和Markov法也經常運用于可靠性評價。故障樹法以最小割集作為計算原點，并以此推出系統概率。GO法是在故障樹解析法的基礎上發展起來的實用性更強的評價方法，在進行數據分析時更加直觀和明確。GO法的分級過程是從定義系統出發，經歷確定邊界、成功準則、建立GO圖、輸入數據、進行GO運算到最后得到評價。

6 繼電保護風險評估

在對繼電保護進行風險評估時，要保證時效性和準確性，必須不斷優化評估流程，通過動態的保護動作對各階段的繼電保護失效進行管理，全面地監控電力系統穩定性。

6.1 制定風險評估方案

繼電保護風險評估的任務是降低系統失效的發生概率，并將失效帶來的損失量化、具體化，便于定量分析。科學的風險管理要求評估方案包括可靠性模型、評估具體流程、失效損失程度等級和風險指標的計算方法。筆者搭建的繼電保護系統風險評估方案包括電網拓撲信息、基本數據模塊、失效模式分解、故障分析板塊和一次系統分析板塊。

6.2 風險評估指標

由于不同繼電保護失效形式不同，因此失效發生的概率也不盡相同。除了用概率來表征失效外，還需要確定某個量值對失效損失的程度進行表示。通常電力系統用充裕性評估指標和安全性評估指標。前者包含LOLP、EENS、ELC等，后者則包括PLOS、MTTIS、PDLC等。由于繼電保護失效將對一次系統產生極大的不利，所以把失效造成一次系統改變看為衡量。

6.3 保護系統運行風險指標

運行風險指標包括絕對風險指標和相對風險指標。為了評價失效產生損失的程度，通常用到損失負荷的概念。損失負荷通常用最優潮流法進行求解，軟件使用MATPOWER。

6.4 風險評估流程

首先進行拓撲分析、潮流計算、整定計算并讀取相關值，對運行的狀態進行估計。以電網拓撲為基礎，然后實現繼電保護系統失效分析，得到硬件系統可靠性，計算誤動概率。再完成系統狀態分析、計算負荷損失。最后進行風險評估，如果誤動源沒有遍歷完畢，則返回進行計算誤動概率。

目前繼電保護風險管理過程仍然處于初級階段，評估效果很難達到預期效果。為了提高繼電保護可靠性，應當優化風險評估過程，提高風險評估準確度，突破一次系統的約束，搭建起能夠綜合分析一次、二次系統的評估模型。

7 小結

隨著電力行業的發展，繼電保護逐漸凸顯出智能化、系統化的特征，提高繼電保護可靠性是確保整個電力系統穩定性的關鍵，由于各種原因繼電保護系統可能會發生失效現象，對電力系統的正常運行產生不良影響。必須加強繼電保護可靠性的研究，優化風險評估過程，通過開發更加完善的可靠性和風險評估程序，為電力行業的發展注入新活力。

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