繼電保護失效概率及對輸電系統運行可靠性的影響

王璐++賈琳瑋

摘 要：隨著我國經濟發展水平的不斷提高，電力行業得到了快速發展。電力系統作為國家的重要基礎設施，對維持社會穩定、促進經濟發展有著重要的作用。為了確保人們在用電過程中的安全性和可靠性，防止出現重大電力事故，需要做好繼電保護，以確保輸電系統運行穩定。

關鍵詞：繼電保護；失效概率；輸電系統；基礎設施

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.117

在電力系統中，有非常多的元件會在特定情況下發生故障。繼電保護安全裝置的可靠性較高，但在模型設計中，將繼電保護和安全自動裝置作為可靠性元件存在一定的問題，導致輸電系統運行可靠性評估與傳統評估存在差異。下面對繼電保護失效概率及其對輸電系統可靠性造成的影響進行分析。

1 輸電線路繼電保護的失效概率模型

1.1 繼電保護失效原因分析

繼電保護自身的可靠性會對整個電網造成非常大的影響，其影響方式與一般的電力設備不同。拒動和誤動作為繼電保護失效的主要表現形式，繼電概率可衡量繼電保護的可靠性，是最基本的衡量指標。一方面，很多繼電器都是電子儀器，內部的軟件和硬件失效保護拒動的發生率低，因此，需要長期積累樣本數據，從而有效計算拒動率、誤動率。此外，繼電保護的設計原理、配置方案、整定方法對電力系統的影響較大，因此，要充分分析失效機理和考慮裝置的工作環境。

電網繼電保護的完整性較高，且很多裝置之間為相互配合的關系，如果一臺繼電裝置出現拒動或誤動，則會引起其他保護裝置誤動，進而引發電網連鎖故障。在設備運行中，拒動是隱蔽性的故障，通常不會造成較大的損失，因此，要綜合考慮拒動隱患與設備短路概率的雙重作用。可靠性評價指標包括拒動率、誤動率、正確動作率、故障頻率、可用度和平均失效時間等。如果未充分考慮繼電保護裝置的實際運行情況，則無法反映系統可靠性變化帶來的風險。

1.2 繼電保護的失效概率

通常情況下，繼電保護系統和其他保護系統發生短路時，繼電保護裝置內的二次系統可能會發生回路斷線、硬件失效和方向錯誤等故障，造成信號發送受阻，進而出現故障跳閘。這種情況稱為首次拒動，其概率模型如下：

PJ1=1-e-λJ1t. （1）

式（1）中：PJ1為考察的時間段；-λJ1為失效概率。

失效次數CJ1屬于統計數據，由于故障是隱性的，變壓繼電包含了拒動次數C1J1，還包含了檢修、運行過程中發現故障的次數C2J1。此外，還要綜合考慮在線監測系統，如果故障是在年度內最后一次檢修后發生的，則可能漏檢C3J1，因此，概率模型可表示為：

. （2）

2 繼電保護的失效概率模型

2.1 比率差動保護的第二類失效模型

在大型變壓器內，故障保護中最重要的是差動保護。這種保護拒動會對變壓器造成非常大的影響，易引發非常大的故障，進而造成巨大的經濟損失。因此，在運行中采用對比率差動保護的可靠性較高。如果區域內已發生故障，則制動量會減少，因此，提高保護的靈敏度非常重要；如果故障發生在區域以外，則會制動量會增大，不會發生誤動。鑒于不平衡的電流在運行過程中會一直存在，因此，故障原因和特性之間的差異性非常大，無法精準計算，且提高系統靈敏度與確保不發生誤動兩者矛盾。而通過量化分析能防止出現偏差誤動，這對電力系統的風險評估有重要意義。

2.2 第二類模型拒動和誤動的概率

通常情況下，無論是在區域內發生故障，還是在區域外發生故障，其差動量與制動量均是相互關聯的，但受到故障性質、位置、初始條件和電流相位等的影響，兩者之間無法長期維持固定關系，在數值上形成了相互制約的關系。通過對這兩種關系的分析可得出，另一個區域屬于區域內與區域外故障差動量、制動量的狀態空間。無論在哪一個區域中，故障特性都具有一定的隨機性，且在保護狀態下空間中所有故障點出現的概率是相同的。按照啟動概率分布狀態空間的平均值，可得出不確定因素對不同區域故障的影響。

2.3 差動速斷保護的第二類失效模型

大型變壓器中通常配置有差動速斷保護，其為輔助保護措施。如果故障電流較大，差動速斷保護可防止電流互感器出現飽和狀態，還能防止二次諧波閉鎖比率差動保護動作延誤。差動速斷保護是獨立存在的，不受電流的影響，這種動作由初始的勵磁涌流或外部的短路不平衡電流決定。按照不同的變壓器額定容量選取的值通常為變壓器額定值的2～11倍，比最大的比率差動保護動作電流高，進而在繼電保護啟動后變壓器的各個斷路器跳閘。

3 結束語

輸電系統運行的可靠性評估是電力系統運行規劃和調度的重要工具。其中，繼電保護失效概率模型研究是輸電系統可靠性研究的重點。隨著電力行業的發展，輸電系統的可靠運行評估已成為促進社會經濟發展的重要手段。

參考文獻

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[2]張旒璽.基于系統功效的繼電保護及控制系統可靠性研究[D].上海：上海交通大學，2011.

〔編輯：張思楠〕