繼電保護可靠性及其風險評估

初曉晨

摘要：電能在人類社會和經濟的發展進步中起到重要的保障作用與推動作用，尤其在當今這個時代，更是人們日常生活、生產中不可或缺的能源供應。此種情況下，保證電力供應穩定、安全就成了電力部門首要關注的問題。文章對繼電保護的可靠性以及存在風險的評估問題展開了分析。

關鍵詞：繼電保護；可靠性；風險評估；電力風險；電力能源供應；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：F270 文章編號：1009-2374（2016）16-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.066繼電保護就是在監測電力系統運行的過程中，以諸如電流量異常增加、電壓異常降低和測量抗阻異常等電氣量變化為依據來判斷所保護單元是處于正常運行狀態，還是處于異常運行狀態，一旦發現有故障發生后會根據對故障發生點和故障類型的判斷來執行切斷相應故障點的操作，以保證電力系統運行的安全性，并及時向值班人員發出警報。由此可以看出，繼電保護是根據監測值來進行故障判斷，并自動采取保護措施的，所以存在一定的安全風險，一旦判斷失誤，執行了錯誤的保護操作，極易引發嚴重的電力事故。為此，對繼電保護進行必要的風險評估，提高其可靠性尤為重要。

1 繼電保護可靠性及其評價指標

1.1 繼電保護可靠性

繼電保護可靠性是指當需要動作的時候其一定會發生動作，不需要動作時絕不執行動作，保證不會有拒絕動作和動作失誤的情況出現。具體來說就是以保護電力系統正常運行為前提，一旦處于保護范圍的電氣設備某處發生故障，繼電保護就會立即發出警報或信號，自動跳閘，切斷故障點，即可依賴性；如果被保護區域內對象未發生故障，設備處于正常運行的狀態，繼電保護絕不在沒有選擇的情況下執行錯誤動作，即安全性。此外，雖然繼電保護系統出現拒絕動作或錯誤動作的原因并不一定是因為系統當中存在一些小缺陷，但統計繼電保護系統自身的缺陷信息也屬于繼電器可靠性的研究范疇，因為其會對繼電保護系統額定任務的完成產生必然影響。為此，鑒于繼電保護系統極易出現缺陷、拒絕動作和錯誤動作，所以要將這些缺陷數據搜集起來作為繼電保護裝置可靠性評價中的一個方面，對其進行全面深入的分析。

當前階段常用的計算繼電保護可靠性的方法有GO法、Markov模型法、狀態空間法以及故障樹法等，且無論是從長期平均可靠性角度出發進行評估，還是從運行角度對短期風險進行預測，都需要分別從可能性與后果兩方面對可能出現的各種狀態做出充分、全面的評估。

1.2 評估指標

從繼電保護系統裝置的工作原理中可以看出，拒絕動作和錯誤動作是反映繼電保護可靠性兩個最主要的方面，所以要以這兩個方面為主線將包含系統完整度和設備可靠性、功能可靠性等多個方面在內的電力系統可靠性指標確定出來，據此可以把如下三個標準作為衡量繼電保護可靠性的指標：（1）概率表示。系統、設備或元件于規定時間、額定時間之內能夠完成額定功能的概率；（2）時間表示。MTTF，從設備使用到故障發生的平均時間；MTBF，故障平均時間等；（3）頻率表示。于一定時間之內能夠統計出來的可修復性系統或是一定時間內元件正確動作與總動作次數之間的次數比。

此外，建立繼電保護可靠性指標的時候不僅要將繼電保護裝置自身功能考慮在內，還要將繼電保護裝置的特定應用條件以及環境條件反映出來。

2 繼電保護可靠性的影響因素

2.1 裝置的硬件方面

微機保護也好，全數字化的保護裝置也好，本質上都是由一個包括若干電子設備以及軟件在內的有機整體。所以一旦電子設備遭到損壞或是出現老化問題，都會使繼電保護裝置、系統規定條件下規定功能的完成能力受到最直接的影響。以全數字化的保護裝置為例，相較于微機保護，其硬件結構更為簡單一些，但是因為有更多的輸出接口和光纖輸入接口在全數字保護裝置之中，所以在可靠性方面又給其帶來了新的問題，如果光口由于發熱等原因出現損壞，就會對采樣值輸入以及保護跳閘輸出產生直接的影響。

此外，運行維護水平和運行環境也會對繼電保護的硬件系統可靠性造成一定程度的干擾。比如，運行環境中的溫度、元件涂層、灌封材料和密封化合物以及填充料會在溫度變化的影響下分別出現涂層脫落、龜裂或外殼完全裂開以及外漏等情況，進而降低元件電性能。需要指出的是，不同材質的產品在溫度變化影響下會出現不同的反應，同樣其對繼電保護裝置和系統可靠性造成的影響也有所不同。又比如，如果系統所處運行環境較為潮濕，那么就會引發裝置材料的化學性能、機械性能發生變化，比如機體膨脹、機械強度減弱、密封產品密封性降低等。

2.2 繼電保護裝置自身質量問題

某些繼電保護裝置的生產廠家在利益的驅動下會生產一些質量不達標的產品，使得裝置本身出廠時在配置與調試上就存在各種問題，再加上很多時候企業方面的工作人員為了省事，往往都不會在裝置驗收、安裝環節進行二次檢測，留下安全隱患。

2.3 裝置的軟件方面

如果說硬件為保護功能的實現提供了平臺，那么軟件算法就是保護功能實現的核心，也就是說繼電保護系統是否能夠正常開展工作在很大程度上會受到軟件可靠性的直接影響，而軟件的可靠性則主要受原理性能、軟件設計、系統使用以及系統輸入等因素影響。

2.4 電磁干擾

微機保護裝置是近些年來電力系統比較常用的一種繼電保護方式，具有準確率高、操作方便等優勢，從現階段的發展形勢來看，其很有可能取代其他保護裝置。但缺點是在其運行的過程中會有電磁場產生，繼電保護的可靠性很容易受到電磁波的干擾，產生不利影響。

2.5 濾波

能夠濾除掉信號中特定波段頻率的就是濾波，對于外界干擾有極強的防止作用和抑制作用。源自通信理論的濾波還指以觀察得到的某個隨機過程結果為依據，估計另一個與其有關的隨機過程概率的理論、方法，可以從包含干擾信號在內的信號中將有用信號提取出來。一般情況下，外部干擾進入的途徑都是接線端子，所以為了抑制干擾源，可以于各個外接端子處對接一個適宜的電容器。

2.6 二次回路

當繼電保護系統的二次回路中有線路裸露在外，引發接地連接或元件連接處接觸不良、松動或是線路絕緣出現老化等，都會影響到繼電保護動作的正確性。在全數字化繼電保護系統中，二次電纜被高速網絡所替代，使二次回路能夠進行自我監測。當處于保護裝置與電子互感器二者之間的交換機或光纖鏈路出現斷鏈或其他故障問題時，保護裝置在接收不到報文后會發出及時警告；當保護裝置和斷路器間有斷鏈或故障問題出現時，斷路器上的智能終端會發出及時警告，有了此項技術的支持，在很大程度上避免了二次回路對繼電保護可靠性造成的影響。

3 繼電保護風險評估

所謂風險評估，就是對風險事件發生后造成的影響、損失進行評估，既包括風險事故發生的概率，又包括事故發生可能引發的后果。實際上，風險評估的主要對象是風險事件所引發的消極影響，并在綜合考慮概率和引發后果的基礎上對確定性分析方法與概率分析方法進行了延伸，既能夠評估單個設備，又能夠評估整個系統。當前階段比較常用于電力系統的風險評估辦法有解析法和模擬法兩種，相較于其他風險評估的方法，這兩種方式有更高的可靠性。

原理更簡單一些的模擬法并沒有太多的限制因素，較適用于大型系統可靠性的評估；有清晰概念與明確邏輯關系的解析法雖然有很高的模擬精確度，但并不適合對那些較復雜系統進行可靠性評估，難以構建數學模型。所以實際應用的時候往往為了獲得更準確的評估結果將兩種方法綜合起來利用。需要注意的是，風險評估中最關鍵的部分是識別安全事故危害，只有將蘊含于工作程序、場地、環境以及材料中的所有危險因素識別出來，并檢查好電器安全裝置和安全事故報警裝置，才能夠對每個可能發生的風險進行有效評估和控制。也就是將所有安全事故危害都找到，進而以評估結果為依據找出存在于電力系統內的薄弱部分，以便及時采取適當預防措施。

4 結語

從短期來看，電能的供應是否穩定、安全，直接影響著人們正常的生產生活，從長遠角度來看，電能對整個社會和經濟的發展進步起著積極的帶動作用。為此，十分有必要對能夠有效保障電力系統運行安全性的繼電保護存在風險以及影響可靠性因素進行深入研究，切實提高繼電保護的可靠性。

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