電力系統繼電保護及自動化裝置可靠性試驗及評估略析

遲永波

（國網內蒙古東部電力有限公司松山區供電分公司，內蒙古 赤峰 024000）

引言

在電力系統運行中，繼電保護裝置的應用極大地提升了系統的安全性，保證了系統良好地運行，而且在自動化技術融入繼電保護裝置中，更是有力地提升了繼電保護裝置的保護性能。但這也相應的帶來了一些問題，那就是要求裝置在運行時要有更高的可靠性。為了更好地提高人們對于繼電保護及自動化裝置可靠性的認識，需要對其進行可靠性試驗，通過試驗方式來對繼電保護裝置及自動化裝置可靠性進行檢測，確保其符合相關的要求，保證電力系統良好運行。相關人員也需要提高自身在這方面的重視程度，做好這方面試驗，確保繼電保護裝置的可靠性。

一、繼電保護及自動化裝置的工作特點

繼電保護裝置在電力系統中起著重要的保護作用，當電網出現過載或者短路的情況時，繼電保護裝置就能夠及時切斷電源，避免出現過電流或者過電壓的情況發生而給電氣設備造成損壞。在設備長時間使用的情況下，設備會因為時間積累出現老化的情況，這樣就會導致繼電保護裝置喪失相應的保護功能，比如不能及時開啟保護動作或者出現錯誤的動作等。如果出現錯誤的動作就會導致設備突然停電，而如果出現后面一種就會導致設備因為短路或者過載出現損壞的情況，從而給企業帶來巨大的損失。[1]

自動化裝置在電力系統中能夠檢測電能的質量，比如電壓、頻率等。同時還能夠對線路的溫度進行反饋，控制設備的運行。總的來說，自動化裝置的運用可以實現對電力系統的遠程監控、遠程通信，讓系統功能變得更加多樣化，同時對于系統的可靠性要求也更高，一旦出現質量瑕疵就會導致整個電力系統出現運行故障，從而給企業生產帶來不利的影響。

二、裝置的可靠性測量指標

（一）繼電保護裝置的可靠性測量指標

對于繼電保護裝置而言，要想知道裝置質量會受到哪些因素影響，相關人員就需要對繼電保護裝置結構進行充分地了解。當下市面上，繼電保護裝置在類型上是比較多樣的，從輸入端激勵數量角度來進行劃分的話，可以將繼電保護裝置分為單激勵型和多激勵型兩種，如果從運行原理上來進行劃分，則可以分為靜態性和動態性兩種，同時，繼電保護裝置也受到電力系統環境的影響。在實際中，電力系統的負載情況以及負載類型都會給電力系統自身穩定性帶來影響，并且在不同的電力系統下，繼電保護裝置所發生的動作次數也是不盡相同的。因此，技術人員在考慮繼電保護裝置的可靠性指標時，需要結合上述兩者情況進行全面考慮。結合實際中存在的問題，可靠性指標可以分為以下幾種。[2]

第一，MTBF、MTTF。當出現電網波動時，不同的繼電保護裝置受到的影響性質是不盡相同的，可以分為可修復產品與不可修復產品兩種。其中可修復產品在發生兩次故障之間的平均時間MTBF 是一個重要參考指標，對于不可修復的產品，則是產品的平均壽命MTTF 具有重要的參考意義。

第二，成功率。成功率也是一個重要的參考指標，所謂的成功率就是電力系統在運行時，面對電壓波動的情況，繼電保護裝置做出正確動作的成功率，即正確動作的次數/（動作次數+需要動作的次數）。

第三，有效度A。這是一個反映電力系統可靠性的一個綜合性指標。

（二）自動化裝置的可靠性測量指標

跟繼電保護裝置一樣，自動化裝置也是處于同一個電力系統環境下，因此在對自動化裝置的可靠性測量時可以使用類似的可靠性指標。但在這其中也要注意一點的是，自動化裝置因為繼電保護裝置的保護，一般不會因為電網波動而出現巨大的損壞，屬于可修復產品，因此它的可靠性指標只有兩個，即發生兩次故障之間的平均時間MTBF 與有效度A。[3]

三、可靠性試驗

（一）實驗環境

在可靠性試驗開展之前，試驗人員需要對實驗環境進行嚴格的控制，保證其處于一個合適的環境下，其中具體數據如下，氣壓保持在86～106kPa，相對濕度控制在45%～75%，環境溫度要保持在15～35℃。同時三相電源要采用平衡電源，保證直流電源中電流分量要不超過6%，交流電源的頻率控制在50±0.5Hz 之間，并確保電源正弦波出現畸形波的概率不超過2%或者5%。

（二）MTBF/MTTF 的測試

要進行MTBF/MTTF 的測試，試驗人員需要對產品規定進行充分了解，然后在此基礎上采用定數截尾或者定時的實驗方法。抽樣方案（1－β）可以取值為0.8，然后在此基礎上得出相應的實驗驗證數據，其中具體數據如表1。

表1 MTBF/MTTF 截尾實驗驗證方案

在具體測試過程中可以分為9 個步驟來進行，第一，先明確MTBF/MTTF 的確定辦法。第二，對截尾失效數進行合理的選擇。第三，確定產品壽命k 的倍數與結尾時間。第四，明確實驗樣本數。第五，對實驗樣本進行抽取。第六，正式開展實驗。第七，對相關失效數R 進行統計。第八，對相關實驗時間T 進行一個統計。第九，根據得到實驗數據進行實驗結果判定。在實驗過程中，如果失效數R 小于截尾失效數RC，并且所累計的實驗時間T 達到結尾時間Tc 時，則可以判定為裝置處于接收的狀態；反之，當失效數R 大于等于截尾失效數RC，并且累計的實驗時間T 小于結尾時間Tc 時，判定裝置為拒收狀態。[4]

（三）成功率C 的測試

對于成功率實驗開展，主要是測試繼電保護裝置的保護性能。試驗人員可以通過信號模擬的方式，判斷繼電保護裝置在受到信號干擾時是否能夠保持正確的工作。在具體實驗中，試驗人員需要選擇多個樣本，即n 個，然后對這些樣本進行測試，驗證其整體的故障率。為了提高實驗的準確性，實驗人員要保證實驗樣本的基礎足夠大，在這過程中，也可以對一個樣本進行多次測試，檢測其性能的穩定性。

在對成功率C 進行計算時，實驗人員可以根據以下公式來進行計算，即成功率C=（n-r1-r2）/n，其中r1 指的是繼電保護裝置沒有做出保護動作的次數，r2 指的是繼電保護裝置做出錯誤動作的次數。對于保護成功率的單側下限計算，實驗人員可以按照公式C1=（n-r）/n-r＋（r＋1）Fa（v1v2），這其中a 為置信度，在0.1～0.9 之間進行取值，v1v2 表示自由度。確定a 的值，實驗人員就可以通過相關的表來查出Fa（v1v2）的值。

對于成功率C 的測量，實驗人員可以按照以下幾個步驟來進行操作。第一，明確繼電保護裝置做出正確動作的成功指標。第二，對實驗樣本數n 進行確定。第三，采用信號模擬的方式對繼電保護裝置給予動作刺激。第四，實驗人員對實驗總次數進行統計。第五，對實驗過程中失效的總次數進行統計。第六，按照上述的公式計算成功率，得出相關的實驗結論。

四、可靠性實驗結果評估

完成實驗操作后，實驗人員需要對得到的實驗數據進行整理，對各個實驗進行一個有效的評估。在具體可靠性評估過程中，實驗人員需要從MTBF、MTTF、有效率、裝置故障率、裝置故障動作、裝置正確動作六個方面做出有效評估。

第一，MTBF 評估。這個主要指的是可修復產品在經歷兩次故障之間的平均時間，其中估算計算值可以按照公式m=T/r 來計算，其中參數T 指的是扣除維修故障時間的設備總運行時間，r 則為繼電保護裝置故障次數。

第二，MTTF 評估。對于繼電保護裝置維修一次故障所花費的時間進行評估時，實驗人員可以按照公式上述MTBF 評估的計算公式來進行計算，即m1=T1/r，其中T1 是整個裝置發生故障的總時間，r 則為繼電保護裝置故障次數。

第三，對有效率進行評估時，實驗人員可以將裝置正常運行時間與實驗總時間相比，計算公式為A=MTBF/（MTBF+MTTR）。[5]

第四，對裝置的故障率進行評估時，實驗人員只要將裝置故障時間除以實驗總花費的時間，就能夠得到這個裝置的故障率。

第五，繼電保護裝置正確動作率評估。實驗人員可以將裝置在實驗中正確的工作次數除以整個實驗中裝置動作的總次數，兩者的比值就是對繼電保護裝置正確動作率的評估。

第六，跟正確動作率評估一樣，故障動作次數的評估是將裝置在實驗中錯誤動作與未動作的次數總和，與整個裝置的總動作次數相比，所得到的數值就是故障動作次數評估情況。

五、結論

綜上所述，在電力系統運行中，繼電保護及自動化裝置可靠性將會給系統正常運行帶來直接的影響。為了更好地了解繼電保護及自動化裝置的可靠性，可以通過試驗的方式來對其可靠性進行驗證。在實驗過程中，實驗人員要認識到可靠性試驗是一個嚴謹且復雜的過程，需要實驗人員采用多次實驗的方式進行驗證。同時在實驗中，對于繼電保護裝置及自動化裝置可靠性指標進行明確，了解相關指標的計算方法。實驗人員要保持足夠的細心與耐心，對試驗數據進行整理，然后在此基礎上，對繼電保護及自動化裝置可靠性實驗進行一個有效的評估，確保繼電保護及自動化裝置能夠更好地發揮其保護作用。