電力系統繼電保護與自動化裝置的可靠性分析

陳志峰　傅興楠　姜楠　李雪飛

摘要：電力系統在社會生活的各個方面都發揮著重要的作用。作為電力系統的維護部分，繼電保護系統保證了電力系統的安全運行，并提高了電力系統運行的質量和效率。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；自動化裝置；可靠性

一、電力系統的繼電保護

（一）繼電保護的可靠性指標

繼電保護的可靠性是指配置一個技術和質量性能合理、優良的系統、設備或元件，并令它們在規定的條件下和預定的時間內完成規定的功能，以確保切除故障線路或設備，這是繼電保護的最根本要求。繼電保護可靠性包括設備的可靠性和功能的可靠性，其核心是提高不拒動和誤動作，通常采用馬爾科夫模型法、故障樹分析法和概率分析法來分析繼電保護的可靠性。繼電保護裝置的工作特點決定不能用單一的可靠性特征量來分析其可靠性，因此，筆者結合我國實際情況和繼電保護的工作特點，采用以下可靠性特征量來反應繼電保護的可靠性：

1.平均壽命（MTTF）或平均無故障工作時間（MTBF）。MTTF為不可修復產品失效前的平均工作時間；MTBF表示可修復產品2次故障間工作時間的平均值。

2.成功率（R）。R為裝置產品條件下試驗成功的概率或者在規定條件下完成規定功能的概率。

3.有效度（A）。A反映可以修復的繼電保護裝置和自動化裝置運行時的可靠性綜合指標，在一定程度上反映了電力系統運行的可靠性。

式中，TMTTR為平均修復時間；TMTBF為平均無故障工作時間。

繼電保護裝置的可靠性各特征量之間的關系如圖1所示。

（二）提高繼電保護可靠性運行的方法

1.冗余設計及其優化。硬件冗余是實現繼電保護系統容錯技術的方法之一，繼電保護在設計時采用容錯技術，是指允許系統中某個保護裝置可以不正確地工作，但對整個系統的正確工作不會產生影響。硬件冗余可以采用并聯、備用切換、多數表決等方式來改善拒動率和可用度等指標，并能顯示惡化的誤動率。在實際使用時，要根據繼電保護系統的實際情況，合理選擇冗余方式。在滿足可靠性指標的基礎上，利用優化的冗余設計能實現投資額最小、采用保護裝置數量最少的目的。

2.提高裝置的可靠性。繼電保護裝置的可靠性是指，在該裝置規定的范圍內發生了它該動作的故障時，它不應該拒動作；而在其他該保護不應動作的情況下，它不應該誤動作。合理正確地計算繼電保護裝置的可靠性指標在繼電保護的可靠性運行問題中非常重要，可在計算繼電保護裝置運行的正確率時將區外故障的正確不動作納入其中。繼電保護輔助配套裝置主要用于電力系統的二次繼電保護和自動控制回路中，其工作的可靠性對繼電保護的安全運行起著重要的作用，因此應通過各種有效途徑或措施提高輔助裝置的可靠性。

二、電力系統繼電保護自動化裝置

（一）繼電保護自動化裝置管理中的問題

自動化裝置中存在各種繼電保護軟件，通過合理操作和使用這些軟件，才能夠保障繼電保護自動化裝置的正常運行，但是由于對繼電保護自動化裝置軟件管理認識程度較低，沒有意識到軟件對于電網系統繼電保護的重要作用，從而忽略了軟件使用及操作規范的落實，使相關工作人員對繼電保護自動化裝置操作不正規，極易導致裝置出現問題。另外，由于缺乏必要的繼電保護操作制度，造成繼電保護操作工作缺乏必要的約束，尤其是系統中軟件的更新換代和升級，進而使繼電保護自動化裝置運行管理存在漏洞，無法發揮出繼電保護系統的正常功能。

繼電保護軟件是在計算機之中進行管理，軟件調試和管理是繼電保護管理工作中最為重要的組成部分之一，在軟件升級和更新之后，應對整個繼電保護系統進行調試，了解相關軟件更新后的功能和操作方法，才能保障后續管理工作的正常運行。但由于缺乏相關的制度約束，造成調試和試驗工作缺失，進而造成電網系統繼電保護系統存在一定的安全隱患，不利于系統未來的管理與運行，極大降低了系統的可靠性。

（二）提升繼電保護自動化裝置可靠性渠道

1.記錄繼電保護自動化裝置初始狀態

繼電保護自動化裝置的硬件結構和軟件功能相對復雜，尤其是大型電力系統之中，在繼電保護運行中經常會出現相關參數的變化，這些變化極有可能是電力系統中部分裝置存在一定問題。為了提升對電力系統的管理力度，應在繼電保護自動化裝置安裝后初始狀態記錄下來，其中包括繼電保護自動化裝置的設計參數、運行指標及圖紙參數等等。在后期的管理工作中，一旦相關參數出現變化，可隨時比照初始參數，從而了解哪些參數產生問題，并開展相應的調整工作，促進繼電保護自動化裝置的正常運行。

2.統計繼電保護自動化裝置運行情況

繼電保護自動化裝置各項數據與參數是其可靠性的重要體現，通過對自動化裝置的監測和管理，能夠獲得相關數據和參數的規律，進而對繼電保護系統管理提供參考。因此，為了提升電力系統繼電保護裝置的可靠性，應對自動化裝置中的各項數據與參數加以統計，不僅能夠隨時了解電力系統各項設備的實際運行情況，同時也能掌握繼電保護裝置的運轉狀態，根據電力系統和繼電保護裝置的具體情況加以分析和研究，能夠發現其中是否存在安全隱患，以便于及時開展相應的維修工作，徹底消滅電力系統中的安全隱患，從而提升電力系統運行的安全性和可靠性。

結語

隨著我國經濟的不斷發展，電網的覆蓋地域和規模也在不斷增大，電氣線路將各種類型的電氣設備緊密聯系在一起。電氣設備在各種復雜的環境下運行，并受到一些人為因素的影響，就會不可避免地發生故障。為保證電網供配電系統的正常運行，必須提高繼電保護的可靠性。

參考文獻：

[1]王海盈，陳晨，王智.電力系統繼電保護技術探討[J].中國電子商務，2010（2）

[2]石虎兆.電力系統繼電保護裝置可靠性試驗設備的硬件設計及可靠性分析[D][碩士學位論文].河北工業大學，2009

作者簡介：

陳志峰（1980.11.12）；性別：男；籍貫：江蘇蘇州；民族：漢；學歷：研究生 碩士；職稱：工程師；職務：主任；研究方向：電力系統二次設計。

傅興楠（1989.07.25）；性別：男；籍貫：遼寧沈陽；民族：漢；學歷：本科、學士；職稱：工程師；職務：主設人；研究方向：電力系統二次設計。

姜楠（1987.1.21）；性別：男；籍貫：遼寧朝陽；民族：漢；學歷：本科、學士；職稱：工程師；職務：主設人；研究方向：電力系統二次設計。

李雪飛（1988.12.04）；性別：女；籍貫：吉林大安；民族：漢；學歷：本科、學士；職稱：工程師；職務：主設人；研究方向：電力系統二次設計。