繼電保護系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性探討

馬永亮

（大唐景泰發(fā)電廠設(shè)備部 甘肅省白銀 730408）

繼電保護系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性探討

馬永亮

（大唐景泰發(fā)電廠設(shè)備部 甘肅省白銀 730408）

近幾年電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，電力保護系統(tǒng)的可靠性越來越受到人們的關(guān)注。本文通過搭建單一保護系統(tǒng)的可靠性模型，對繼電保護系統(tǒng)在隱性故障以及系統(tǒng)運行狀態(tài)變化時可靠性做出更好的評估，利用數(shù)學(xué)方法完善繼電保護系統(tǒng)的可靠性評估，增強繼電保護系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性。

繼電保護；系統(tǒng)；隱性故障；可靠性

1 引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，電力保護系統(tǒng)的可靠性有著越來越高的要求。在電力系統(tǒng)可靠性的研究中，繼電保護系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要，其存在的隱性故障是造成電力災(zāi)害的導(dǎo)火線，繼電保護系統(tǒng)的不確定動作就會擴大電力系統(tǒng)的故障，不僅影響人們的正常生活，而且會造成巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響著電力系統(tǒng)的安全，所以，繼電保護系統(tǒng)的可靠性研究具有非常重要的作用。

2 繼電保護系統(tǒng)隱性故障的含義

繼電保護系統(tǒng)隱性故障作為一種永久性缺陷，會造成保護裝置發(fā)生錯誤動作以及導(dǎo)致繼電保護系統(tǒng)不能夠正確的將電路元件切除引起連鎖停電。同時，也可以將繼電器隱性故障認為是系統(tǒng)可能存在的故障，在電網(wǎng)正常運行的時候這些故障是不會顯示出來的，當(dāng)繼電保護系統(tǒng)發(fā)生故障時這些隱性故障才會影響電網(wǎng)的正常運行。總而言之，隱性故障與一般的故障存在著一定的區(qū)別，繼電保護系統(tǒng)隱性故障的存在不會對影響電網(wǎng)的正常運行，只有發(fā)生特別的情況，例如，電網(wǎng)的運行不穩(wěn)定時繼電保護系統(tǒng)內(nèi)的隱性故障才會被激發(fā)，導(dǎo)致繼電系統(tǒng)的保護裝置發(fā)生錯誤的動作以及造成連鎖停電的事故，不利于繼電保護系統(tǒng)的可靠性。

3 繼電保護系統(tǒng)隱性故障的特征

3.1 繼電保護系統(tǒng)隱性故障的隱蔽性

繼電保護系統(tǒng)隱性故障的明顯特征就是隱蔽性，因為隱性故障在電網(wǎng)正常運行的情況下是不會顯現(xiàn)出來的，也不會影響電力系統(tǒng)的正常運行，所以很難被檢測到。繼電保護系統(tǒng)的隱性故障并不是由繼電器的設(shè)計水平以及設(shè)計質(zhì)量決定的，它只有在繼電系統(tǒng)發(fā)生故障的時候才會觸發(fā)，所以很難被檢測和診斷排出。

3.2 繼電保護系統(tǒng)隱性故障的危害性

繼電保護系統(tǒng)的隱性故障具有一定的隱蔽性，在電力系統(tǒng)正常運行時是無法觀察到的，只有在電網(wǎng)運行發(fā)生故障時才會被引發(fā)，所以在這種毫無準備的情況下其造成的損害程度也是比較大的。隱性故障有很多類型組成，每種故障類型造成的危害程度也是不一樣的，主要是由隱性故障存在的位置相關(guān)。

4 繼電保護系統(tǒng)隱性故障的危害

4.1 造成大面的危害

繼電保護系統(tǒng)的責(zé)任是保障整個電力系統(tǒng)可以安全有效的運行。當(dāng)繼電保護系統(tǒng)的運行出現(xiàn)問題時，其存在的隱性故障就會被激發(fā)，導(dǎo)致繼電保護系統(tǒng)發(fā)生錯誤動作，又因為這里個個電力系統(tǒng)中存在各式各樣的隱形故障，所以，一旦隱性故障被觸發(fā)，就會對整個電力系統(tǒng)造成巨大的危害，不利于繼電器保護系統(tǒng)的可靠性。

4.2 對發(fā)電設(shè)備造成危害

繼電保護系統(tǒng)的隱性故障是長期存在的，經(jīng)過一定的發(fā)展過程，遇到電力系統(tǒng)運行不穩(wěn)定時便會被觸發(fā)。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)不完善或者出現(xiàn)故障的時候，就無法及時發(fā)現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致故障發(fā)生時造成一系列的連鎖發(fā)應(yīng)，使整個電力系統(tǒng)得發(fā)電設(shè)備的損壞，造成嚴重的后果。

5 擬定繼電保護裝置可靠性特征量

要想確定繼電保護裝置可靠性的特征數(shù)量，首先要明確運行過程中保護裝置的各種狀態(tài)。繼電保護裝置的工作狀態(tài)為長時間接受通電的考驗。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，繼電保護裝置為了保護系統(tǒng)做出的一系列動作為正確的動作，如果不作出任何的動作叫做拒動，在不該做出任何動作時做出的動作叫做非選擇性誤動。當(dāng)保護裝置因為自身出現(xiàn)故障而表現(xiàn)出的動作叫做系統(tǒng)無故障誤動。繼電保護系統(tǒng)的維修狀態(tài)是在一年內(nèi)要進行兩次維修，每次維修的時間為幾個小時，也可能是一天兩天。

根據(jù)繼電保護系統(tǒng)的可靠性概念，綜合繼電保護裝置的特性，可以對繼電保護裝置可靠性的特征量做出以下定義：

（1）無故障時的誤動率：

（2）誤動率（主要包括非選擇性的誤動率以及無故障時的誤動率）：

（3）拒動率：

（4）電力系統(tǒng)運行的失效率（主要包括誤動率和拒動率）：

An=誤動率+拒動率

6 建立馬爾可夫模型分析繼電保護裝置的可靠性

根據(jù)繼電保護系統(tǒng)的馬爾科夫特性，利用狀態(tài)空間法得出并分析繼電器保護系統(tǒng)的可靠性指標。首先做出以下假設(shè)：①對繼電器保護系統(tǒng)可靠性的評估不會影響電力系統(tǒng)的運行。②可以被修復(fù)的隱性故障經(jīng)過修復(fù)之后可以重新被使用。

綜合考慮繼電保護系統(tǒng)隱性故障的發(fā)生特點建立繼電保護系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在結(jié)構(gòu)模型中，主要保護是P，被保護的元件是C，正常運行狀態(tài)由UP表示，發(fā)生故障之后的停止運行狀態(tài)由DN表示，DYM和DYN分別表示隱形誤動故障的運行狀態(tài)以及隱形拒動故障的運行狀態(tài)，檢修狀態(tài)由M表示，Km和Kn分別表示電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)生變化時DYM和DYN的主要保護風(fēng)險增加的數(shù)量，其中箭頭方向為增益值的方向。如果假設(shè)DYM和DYN在電力系統(tǒng)正常運行下的故障率分別為A和B，那么在電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)生變化時的DYM和DYN的故障率為A*和B*。

圖1 單一保護系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖

根據(jù)圖1進行分析，處于狀態(tài)一的時候，主保護和被保護的元件是正常運行的狀態(tài)，如果主保護出現(xiàn)隱性故障中的隱形誤動故障，電力系統(tǒng)就變?yōu)闋顟B(tài)五，相反如果主保護出現(xiàn)的是隱性故障中的拒動故障，那么電力系統(tǒng)會變?yōu)闋顟B(tài)六。在狀態(tài)二的情況下，主保護和被保護的元件都是處于檢修的狀態(tài)，在檢修的過程中如果引起DYM，那么電力系統(tǒng)會變?yōu)闋顟B(tài)六。在狀態(tài)五的情況下，如果被保護元件出現(xiàn)故障，進行主保護的P就會自動跳閘將被保護元件切除，這種動作是正確的，如果DYM不被發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)變?yōu)闋顟B(tài)七。如果在狀態(tài)五的情況下電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)不穩(wěn)定觸發(fā)主保護的隱性誤動故障，主保護就會做出相應(yīng)的動作切除被保護的元件，這時候隱形誤動故障就會被檢測發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)變?yōu)闋顟B(tài)四。在狀態(tài)六的情況下，如果被保護元件出現(xiàn)故障，救護暴露主保護元件，電力系統(tǒng)變?yōu)闋顟B(tài)八。以下是馬爾可夫過渡矩陣：

可以得出，繼電保護系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)下的概率為：P1（t），繼電器保護系帶隱性故障隱患運行的概率為：P5（t）+P6（t），繼電器保護系統(tǒng)處于故障狀態(tài)以及停止運行時的概率為 P 停（t）=P2（t）+P3（t）+..........P8（t）。

7 結(jié)語

綜上所述，通過建立馬爾科夫模型，更好的對繼電保護系統(tǒng)的可靠性做出評估，利用數(shù)學(xué)方法計算出繼電保護裝置在各個狀態(tài)下的穩(wěn)定概率，加強對繼電保護裝置進行保護維修，為繼電保護裝置的平穩(wěn)安全運行提出更多的理論依據(jù)，加強繼電保護系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性，促進大力系統(tǒng)的進一步發(fā)展和經(jīng)濟的進步。

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TM77

A

1004-7344（2016）04-0119-02

2016-1-20

馬永亮（1973-），大專，畢業(yè)于西北電力職工大學(xué)，從事電氣一次二次檢修維護工作。