電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性指標(biāo)探討

朱 瑋

（南京供電公司，江蘇 南京 210013）

0 引 言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置主要用以切除故障設(shè)備或線路來降低系統(tǒng)故障和設(shè)備異常狀況的發(fā)生率，是電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行必不可少的裝置之一。近年來，隨著電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的持續(xù)增加，雖然“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的廣泛應(yīng)用為繼電保護(hù)裝置智能化建設(shè)創(chuàng)造了良好條件，但由于受諸多不可控因素的影響，系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性未能達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。因此，對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行優(yōu)化措施展開系統(tǒng)化剖析已迫在眉睫。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的基本概述

1.1 運(yùn)行原理

簡(jiǎn)單來講，所謂的繼電保護(hù)裝置指的是在當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電力元件出現(xiàn)故障后，能夠?qū)⒐收闲畔⒓皶r(shí)傳遞給值班人員，并對(duì)故障環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化切除操作的成套硬件設(shè)備。在當(dāng)前電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模持續(xù)增加的新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，繼電保護(hù)裝置在使用過程中，通過正確劃分故障區(qū)和安全區(qū)，對(duì)故障區(qū)的故障問題及時(shí)進(jìn)行信號(hào)傳遞，并切除故障區(qū)域，保證元件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少安全事故的發(fā)生。此外，經(jīng)大量調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知，相對(duì)于系統(tǒng)其他裝置而言，繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的基本任務(wù)是確保及時(shí)自動(dòng)切除故障元件，準(zhǔn)確傳遞實(shí)時(shí)故障信息，簡(jiǎn)單處理系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。據(jù)調(diào)查，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后會(huì)出現(xiàn)電流增大、電壓降低、測(cè)量阻抗改變、不對(duì)稱短路以及負(fù)序電壓和負(fù)序電流分量顯著變化等問題。

1.2 裝置特點(diǎn)

作為電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的基本裝置之一，繼電保護(hù)裝置在不同狀態(tài)下的工作特點(diǎn)各不相同。在準(zhǔn)備階段，繼電保護(hù)裝置并非靜止，此時(shí)若保護(hù)裝置出現(xiàn)動(dòng)作，屬于系統(tǒng)無故障誤動(dòng)。在工作狀態(tài)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，繼電保護(hù)裝置會(huì)繼續(xù)保持一段時(shí)間，此時(shí)裝置動(dòng)作屬于正確動(dòng)作，不動(dòng)作則屬于拒動(dòng)[1]。

1.3 運(yùn)行要求

近年來，電力系統(tǒng)的規(guī)模化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了智能化建設(shè)目標(biāo)。不但降低了電力系統(tǒng)安全事故的發(fā)生率，而且在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中也發(fā)揮了重要作用。繼電保護(hù)裝置主要用于系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行警報(bào)發(fā)送和問題處理。在運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置運(yùn)行要求分為選擇性（保護(hù)裝置切除發(fā)生故障元件，保留正常元件）、速度性（在故障出現(xiàn)后第一時(shí)間進(jìn)行切除操作）、靈敏性（故障出現(xiàn)后裝置進(jìn)行靈敏可靠性動(dòng)作）以及可靠性（規(guī)避拒動(dòng)和誤動(dòng)情況的出現(xiàn)）4類。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性的基本概述

2.1 可靠性介紹

所謂的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性，就是當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障后，繼電保護(hù)裝置能在第一時(shí)間及時(shí)、有效以及準(zhǔn)確地切除故障元件并發(fā)生警報(bào)，最大程度地規(guī)避系統(tǒng)拒動(dòng)和誤動(dòng)狀況的發(fā)生。

2.2 可靠性指標(biāo)

在當(dāng)前城鄉(xiāng)一體化建設(shè)進(jìn)程不斷加快的新產(chǎn)業(yè)時(shí)代背景下，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的電力需求量在持續(xù)增加。安裝繼電保護(hù)裝置是為了在滿足用電需求的基礎(chǔ)上，切實(shí)有效地保障人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。繼電保護(hù)裝置的可靠性指標(biāo)主要由概率（裝置運(yùn)行的不可靠度和可靠度）、平均持續(xù)時(shí)間（故障出現(xiàn)平均的持續(xù)時(shí)間及維修時(shí)間）、頻率（故障出現(xiàn)次數(shù)）以及期望值（保護(hù)裝置一年內(nèi)故障出現(xiàn)次數(shù)期望值）4部分組成。此外，為從根本上準(zhǔn)確對(duì)繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作性能進(jìn)行計(jì)算，工作人員計(jì)算時(shí)所參考的可靠性指標(biāo)分為繼電保護(hù)裝置中故障的正確動(dòng)作率、裝置中正反雙向區(qū)外的故障正確動(dòng)作率以及裝置正常運(yùn)行時(shí)的正常不動(dòng)作率3方面。由于不動(dòng)作數(shù)無法計(jì)算，一般計(jì)算時(shí)正確動(dòng)作性能是前兩者之和。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性指標(biāo)的影響因素

3.1 裝置硬件

裝置運(yùn)行可靠性受裝置硬件的影響。繼電保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)裝置主要指微機(jī)保護(hù)和全數(shù)字化保護(hù)兩種。在結(jié)構(gòu)方面，兩種裝置具有一定的相似性，都是由某些電子設(shè)備和軟件構(gòu)成。在后期保護(hù)過程中，若基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)部門工作人員未能對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行及時(shí)有效維護(hù)，則會(huì)加快電子設(shè)備老化，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致裝置未能充分發(fā)揮原有的作用，影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，給人們生命財(cái)產(chǎn)埋下巨大的安全隱患[2]。

3.2 裝置軟件

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，從某方面而言，繼電保護(hù)裝置硬件是一種為實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能所搭建的平臺(tái)。硬件設(shè)備的優(yōu)劣對(duì)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)具有外在影響，而裝置軟件作為繼電保護(hù)裝置的核心部分，影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。軟件的可靠性無法依靠物理要素評(píng)估。裝置軟件問題可歸納為軟件原理性能、系統(tǒng)輸入以及系統(tǒng)使用等方面的問題。

3.3 一次設(shè)備

電氣一次設(shè)備保護(hù)設(shè)備的保護(hù)行動(dòng)有報(bào)警和跳閘兩種。保護(hù)動(dòng)作的靈敏系數(shù)對(duì)電氣一次設(shè)備保護(hù)可靠性具有直接影響。目前，運(yùn)行過程中電氣一次設(shè)備保護(hù)設(shè)備存在互感器問題和短路問題，不僅影響繼電保護(hù)裝置的可靠性，而且阻礙了企業(yè)發(fā)展。對(duì)于電氣一次設(shè)備保護(hù)裝置而言，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的互感器是電氣一次設(shè)備保護(hù)設(shè)備的核心。隨著近年來用電量的持續(xù)增加，電流過高導(dǎo)致互感器電流過大，二次電流失真現(xiàn)象愈發(fā)普遍。此外，短路是在沒有用電設(shè)備時(shí)形成的額外通路，這種通路具備很大的電流，將對(duì)變壓器的相關(guān)設(shè)備造成極大沖擊，影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 二次回路

在當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，二次回路的異常狀態(tài)對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性具有重要影響。絕緣老化和線路裸露是導(dǎo)致二次回路發(fā)生率的主要原因。當(dāng)出現(xiàn)上述情況的一種亦或兩種時(shí)，二次回路保護(hù)系統(tǒng)將無法及時(shí)傳遞故障信息，無法及時(shí)處理和切除故障元件，從而影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，且阻礙了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.5 繼電保護(hù)定值

作為一種自動(dòng)裝置，繼電保護(hù)裝置主要用以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。保護(hù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的影響因素囊括系統(tǒng)保護(hù)原理、保護(hù)特性和保護(hù)定值，但最主要的還是繼電保護(hù)定值。不科學(xué)和不合理的定值設(shè)置，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性十分不利。在以往計(jì)算繼電保護(hù)定值時(shí)，電力系統(tǒng)一般會(huì)采離線整定的方式，為電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行提供了重要參考依據(jù)。但是，近年來電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的持續(xù)增加和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，在整定計(jì)算時(shí)離線整定的弊端也日益顯露。

4 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性措施的基本概述

4.1 加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置質(zhì)量的把關(guān)

繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性是否達(dá)到預(yù)期要求，在一定程度上與裝置硬件和軟件有著直接關(guān)系。因此，為從根本上規(guī)避上述問題，切實(shí)保障企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置質(zhì)量的把關(guān)，確保硬件和軟件達(dá)到預(yù)期使用要求。在進(jìn)行保護(hù)裝置選擇過程中，基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)部門工作人員需加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置的性能檢測(cè)，確保其硬件裝置和軟件設(shè)計(jì)等方面均達(dá)到預(yù)期使用要求，方能投入使用。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，除了要記錄功能狀況外，還要詳細(xì)記錄保護(hù)裝置變更內(nèi)容及時(shí)間，待全部檢測(cè)工作結(jié)束后負(fù)責(zé)人簽名。在完成調(diào)試工作后，部門工作人員需對(duì)使用的裝置進(jìn)行自檢和驗(yàn)收，確保接線、元件、壓板以及標(biāo)志符合質(zhì)量要求后才可投入使用。

4.2 不斷優(yōu)化和革新保護(hù)技術(shù)

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新的動(dòng)力。因此，在當(dāng)前多元化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，對(duì)保護(hù)技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化和革新十分必要。基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)部門需將人工智能控制器應(yīng)用到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置控制。人工智能控制器的操作更加簡(jiǎn)單便捷，在控制時(shí)無需控制對(duì)象模型就可進(jìn)行自主調(diào)整，且能降低人為操作遺留的安全隱患和故障，達(dá)到預(yù)期的系統(tǒng)可靠運(yùn)行的目的。

4.3 加強(qiáng)對(duì)工作人員的教育培訓(xùn)力度

在繼電保護(hù)裝置運(yùn)行過程中，為從根本上確保電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的安全可靠性，基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)需構(gòu)建科學(xué)完善的培訓(xùn)機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)工作人員的教育培訓(xùn)力度，在不斷強(qiáng)化人員自身專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)的同時(shí)，規(guī)避一系列安全隱患。管理人員作為企業(yè)運(yùn)行的重要執(zhí)行者，構(gòu)建合理化的培訓(xùn)機(jī)制，不僅有助于提高工作人員的業(yè)務(wù)水平，還能顯著增強(qiáng)他們及時(shí)處理異常情況和故障的能力。此外，企業(yè)在進(jìn)行人員培訓(xùn)過程中，不僅要加強(qiáng)對(duì)管理人員和監(jiān)督人員的教育培訓(xùn)力度，還要培訓(xùn)值班人員，確保他們?cè)诙嗫础⒍鄦栆约岸嘞胫蟹e累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)將各項(xiàng)工作落實(shí)到位[3]。

4.4 加強(qiáng)繼電保護(hù)裝置與二次回路的檢查

電力系統(tǒng)的規(guī)模化建設(shè)雖然滿足了現(xiàn)階段人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的用電需求，但電力安全事故的發(fā)生率也在逐年增加。因此，需加強(qiáng)繼電保護(hù)裝置與二次回路的檢查，確保繼電保護(hù)裝置的二次接線設(shè)計(jì)落實(shí)到位。

電網(wǎng)建設(shè)初期，將電能從發(fā)電廠直接傳輸給用戶端的一次設(shè)備（直接經(jīng)過的設(shè)備與傳輸設(shè)施附屬連接的設(shè)備），雖然在一定程度上滿足了人們的用電需求，但存在較大的安全隱患。為了在電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下保證相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，將高電壓和強(qiáng)電流的操作環(huán)境通過電氣隔離方式達(dá)到低電壓和小容量操作環(huán)境的二次設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。在進(jìn)行二次接線設(shè)計(jì)過程中，為確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性以及有效性，基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)主管部門的工作人員需從工程特點(diǎn)出發(fā)，選擇最合適的接線形式，謹(jǐn)遵可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及靈活性原則，保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性[4]。在進(jìn)行繼電保護(hù)裝置二次接線電流電壓回路設(shè)計(jì)過程中，全面分析實(shí)際情況，選擇合適的電流互感器、電壓互感器以及接線形式。與110 kV繼電保護(hù)裝置相比，220 kV繼電保護(hù)裝置一般采用單母線分段式或者雙母線的接線方式。此外，為確保設(shè)計(jì)的合理化，單母線接線形式多用于電壓等級(jí)比較低、線路少以及容量小的繼電保護(hù)裝置，而雙母線連接形式多用于位于電網(wǎng)系統(tǒng)重要地位、負(fù)荷較大以及出線回路多的繼電保護(hù)裝置。設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行合理化選擇。在進(jìn)行二次接線作業(yè)過程中，為確保最大化發(fā)揮其功能，基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)主管部門需要結(jié)合規(guī)劃因地制宜，選定正確接線方案，分析用電負(fù)荷（特別是高峰期負(fù)荷），確定變壓器的數(shù)量、布局及容量等，以確保電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行[5]。

5 結(jié) 論

綜上所述，作為電力系統(tǒng)可靠性運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)備，繼電保護(hù)裝置的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，確保了人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模和數(shù)量的持續(xù)增加，再加之“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為確保供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置質(zhì)量的把關(guān)，不斷優(yōu)化和革新保護(hù)技術(shù)，構(gòu)建科學(xué)完善的培訓(xùn)機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置與二次回路的檢查力度。