淺談雙重化繼電保護系統確定最佳檢修周期新方法

王環（國網山西省電力公司長治供電公司，山西長治 046000）

淺談雙重化繼電保護系統確定最佳檢修周期新方法

王環
（國網山西省電力公司長治供電公司，山西長治 046000）

在人們用電生活中日益重要的電力系統中，繼電保護及其安全裝置也擔任著不可或缺的角色，直接影響著電網是否正常運行。因此，必須對繼電保護可靠性給予較高關注與重視。而目前一般都只是基于單個指標來對繼電保護系統的最佳檢修周期進行一系列的研究與探討，這很顯然地無法得到全面性的可靠性評估。因此，筆者在可靠性指標基礎上，增加一個指標——經濟性指標，來對雙重化繼電保護系統進行研究與分析，得出合理、科學和有效的最佳評估結果。

電力系統 繼電保護 檢修周期 可靠性 經濟性

繼電保護屬于一個可進行修復與維護的系統，要保障及提高其可靠性，使得電力系統運行中避免出現故障，則需要對繼電保護系統進行檢修，并且確定出其最佳檢修周期。但是我們必須跟隨技術的進步、經濟的發展及人們的需求，以可靠性與經濟性雙指標來確定出最佳的繼電保護系統檢修周期，并提出MARKOV模型來進行相關分析。

1 提出MARKOV模型

繼電保護系統具有可修復的功能，在修復之后能夠以往常一樣的良好狀態來運行。而MARKOV模型可以對這系統的可靠性進行科學分析，在建立這一模型時，需要先進行兩種狀態模型的建立，即保護裝置、被保護元件兩種狀態的模型，再通過狀態空間法實現可靠性的分析［1］。

一旦保護裝置出現無法正常工作的狀態，無法被系統自檢出來，在監視過程中也沒有被發現時，則會出現兩種故障問題：第一，區外故障，最終導致這一裝置出現誤動問題；第二，區內故障，致使保護裝置出現拒動問題。

如今人們使用的繼電保護都通常為雙重化配置，在這方面的可靠性研究深入不多的情況下，應用MARKOV模型，可以計算出繼電保護系統在一年之中平均的總經濟損失。而這也代表著在繼電保護系統可靠性研究中，經濟性指標正式被提出，與可靠性指標同為重要指標，對最佳檢修周期進行最合理有效的確定。

2 繼電保護系統雙重指標

2.1 可靠性指標研究

假設繼電保護系統中共有31個狀態，1-9主要狀態為保護元件或者主保護裝置正常運行的相關狀態，而18-24與31都為保護元件或者保護裝置處于停電隔離的相關狀態。

在繼電保護系統可靠性的研究過程中，其計算指標主要包括：不可用度、拒動率、誤動率以及運行的失效率，可分別用U、Pi、Pj和Q來表示，其中i和j表示繼電保護狀態的一系列狀態，而運行失效率Q=Pi+Pj。

2.2 經濟性指標研究

繼電保護系統在計算經濟損失時，其計算指標主要包括：拒動經濟損失、誤動經濟損失、修復費用，可分別用Ca、Cb和Cc來表示，其中a、b和c表示繼電保護狀態的一系列子狀態帶來的經濟子損失。

因此，可用此表達式來表示總經濟損失：C=Ca+Cb+Cc（1）

而在每年平均拒動經濟損失中，主要包括兩個部分：第一，隨著拒動次數增加而成正比例上升的經濟損失，記為Ua1fa（其中Ua1表示拒動一次而產生的費用損失，fa表示拒動頻率）；第二，隨著拒動恢復時間的延長而成正比例上升的經濟損失，記為Ua2faTa（其中，Ua2表示拒動單位時間內產生的經濟損失，Ta則表示拒動所用的平均恢復時間）。而每年平均誤動經濟損失也同樣包括兩個部分：第一，隨著誤動次數增加而成正比例上升的經濟損失，記為Ub1fb（其中Ub1表示誤動一次而產生的費用損失，fb表示誤動頻率）；第二，隨著誤動恢復時間的延長而成正比例上升的經濟損失，記為Ub2fbTb（其中，Ub2表示誤動單位時間內產生的經濟損失，Tb則表示誤動所用的平均恢復時間）。

因此，我們可以建立如下表達式：

而繼電保護系統每年平均所需的修復費用則包括三個組成部分，第一，隨著檢修次數增加而成正比例上升的檢修費用；第二，隨著維修次數增加而成正比例上升的維修費用；第三，在停電狀態下進行檢修工作或者維修工作而帶來的用戶損失［2］。

因此，繼電保護系統在每年平均所需的修復費用可以建立如下表達式：

而在這個表達式中，Uc1即繼電保護系統一次檢修所用的費用，而fx代表著系統檢修的相關頻率，Uc2即繼電保護系統一次維修所用的費用，fy代表著系統維修的相關頻率，而Uc3則是在停電過程中檢修或者維修在單位時間內產生的經濟損失，fxx是這停電檢修或者維修過程中的檢修頻率或者維修頻率，Tx則是這停電檢修或者維修過程中的平均恢復時間。

3 繼電保護系統最佳檢修周期指標的最終確定

3.1 可靠性指標系數

如今可以對最佳檢修周期進行確定的指標包括年均總經濟損耗以及不可用度。以往單一的可靠性指標對最佳檢修周期進行確定，具有很明顯的缺點，即系統檢修周期延長時，繼電保護裝置出現的拒動、誤動等動作對系統造成的損失無法得到全面反映。所以，要對可靠系數進行重建，可表示為G。同時，保護系統指標不可用度和運行失效率Q的權重系數可分別建為kU、kQ，最后可建不可靠系數G1的表達式：G1=1-G=kQQ+kUU （5）

其中，Q和U都是系統檢修時間的對應函數。當U大于Q時，說明U對不可靠系數G1的影響較大，反過來說明Q對不可靠系數G1的影響較大［3］。

3.2 經濟性指標系數

通常來說，當系統檢修的周期太短，則會出現過度檢修的問題，造成成本上升，年均總經濟損耗增大。與此同時，還可能導致員工的工作過失，使得繼電保護系統可靠系數變小。相反，周期太長，除了年均總經濟損失的增加與可靠系數的變小，還可能提升系統的拒動率與誤動率。總的來說，繼電保護系統只有處于合理有效的最佳檢修周期時，才能在最大程度上保證系統可靠系數維持在較大的水平，拒動率、誤動率、經濟損失降到最理想的值。

因此，我們可以提出可靠系數與經濟指數并存的新指標來對繼電保護系統的最佳檢修周期進行科學合理確定，即經濟成本可靠系數。所以，我們可以建立該系數為E，其等式為E=C/G （7）

因此，我們可以知道，在對繼電保護系統進行全面的可靠性評

············

估過程中，經濟成本可靠系數指標具有良好的優勢，不但可以實現不可用度的減小、失效率的下降，還能保證年均總經濟損失在最佳范圍內得到控制。

電力企業要得到最佳的繼電保護系統檢修周期，就需使得年均總經濟損失C越小越好，同時，可靠系數越大越好，才能讓經濟成本可靠系數最小，相應的繼電保護系統檢修時間即為最佳周期［4］。

而通過（6）、（7）式，我們可以得到在檢修周期變化前提下，經濟成本可靠系數隨之出現變化的相應曲線，其最小值的求取問題即為繼電保護系統最佳的檢修周期求值問題，可以通過計算得出該值。

4 結語

綜上所述，繼電保護系統具備可修復的功能，要提高該系統的保護裝置可靠性，預防系統故障的發生，就需要采取合理而有效的檢修措施。在單一指標無法滿足保護系統最佳檢修周期合理確定需要的情況下，筆者提出了MARKOV模型來進行研究與分析，即基于可靠性指標，提出了第二個指標——經濟性指標，經過詳細的分析與研究，最終確定了能夠確定最佳檢修周期的新指標，包括兩個，一個是保護系統可靠系數，能夠滿足繼電保護系統對拒動率、誤動率以及不可用度在當下亟待解決的要求；另一個是經濟成本可靠系數，不但滿足以上要求，還能從電力企業最終經濟目的出發，滿足年均總經濟損失最小的要求。因此，我們可以得出結論：繼電保護系統在對最佳檢修周期進行求解與確定時，可以采用經濟成本可靠系數最小值求解方法來實現。

［1］嚴莉.繼電保護裝置可靠性及其最佳檢修周期的研究［D］.山東大學，2010.

［2］馮豆，李生虎，崔芳.繼電保護系統最優檢修周期的優化算法［J］.電力系統保護與控制，2011，21:60-64.

［3］李紅寧，張勇軍，吳國沛，任震.基于可靠性分析的微機繼電保護設備最佳檢修周期研究［J］.電力自動化設備，2007，09:71-74.

［4］張小鳴，趙國柱，王秋陽.繼電保護裝置最佳自檢和檢修周期仿真研究［J］.計算機工程與設計，2012，02:837-841.