電力系統繼電保護與自動化裝置的可靠性提升策略分析

賈少華

（國網寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏回族自治區 銀川 750000）

近幾年，人們生活水平的提升速度有所加快，這也使得各行各業對電能所提出需求有所增加，調整供電容量及范圍勢在必行。此外，受經濟發展影響，電力系統構成變得更加復雜，如何保證電網長期處于安全且高效的運行狀態，成為業內人士研究的重點。事實證明，引入繼電自動保護裝置，可使系統潛在故障被及時發現，但由于該裝置投入使用的時間較短，仍存在尚未解決的問題，未來有關人員應將重心向該裝置傾斜，根據該裝置常見問題制定切實可行的解決方案，通過提升裝置可靠性的方式，使其價值得到最大程度的實現。

1 繼電保護自動裝置的價值

眾所周知，繼電保護不僅是保證電力系統長期處于穩定運行狀態的關鍵，同時還是推動電力系統朝著現代化方向前進的主要動力。繼電保護的本質是對系統異常、故障進行檢測，根據檢測結果發布預警，在隔離故障部分的前提下對其進行切除的技術。要想使其作用得到應有發揮，關鍵是要對元件所處狀態做出科學判斷，以系統電氣物理量所出現變化為依據，對故障點位置進行判斷，從而采取相應的措施對故障加以解決，以免造成難以挽回的影響。

對裝置可靠性進行提升的目的，主要包括以下三點：一是確保系統潛在問題能夠得到及時處理，科學利用現有斷路器對故障段進行切斷。二是配合其他系統對短暫故障進行清除。三是通過發布預警等方式，確保管理人員對故障情況具有全面了解，為系統穩定且高效的運行奠基。

2 裝置可靠性的主要影響因素

2.1 整定值

有關人員指出，影響裝置可靠性的主要因素為裝置各部分對應整定值的協調性較差，例如，在確定設計方案、對裝置進行安裝期間，沒有進行相應的計算。

2.2 外界環境

裝置溫度會隨著運行時間的增加而升高，一旦裝置溫度升高到一定值，便會造成環境雜質、殘留物漂浮的問題，進而導致自身快速老化，系統性能也會受到相應的影響。除此之外，電源插頭、系統插板同樣極易受到環境因素的影響，從而出現接觸不良或是其他問題，致使系統所具有保護功能無法得到發揮。

2.3 裝置質量

現階段，供電公司所使用繼電自動保護裝置仍存在較為明顯的不足，具體包括以下幾點：首先是裝置正式投入使用前，既沒有對其性能進行檢測，也沒有對其進行試運行。其次是裝置內部所安裝各元件間存在一定差異，無法做到對自動裝置、保護裝置進行協調運行。最后是廠家為控制生產成本、增加自身收入，對裝置加工流程和所用原料做出了調整，導致裝置質量無法達到行業標準。不達標裝置發生故障的概率極高，對不達標裝置加以使用，將給供電公司帶來深遠的影響。

2.4 電源操作

要想使電力系統更加安全，還應對電源操作進行規范。一方面，運行期間系統極易受到電解容量、電容儲量的影響，而無法做到在故障發生的第一時間切斷電源。另一方面，蓄電池、酸性電池內部電液不穩定，同樣會給系統運行產生不良影響。

3 如何有效提升裝置的可靠性

3.1 繼電保護層面

現有保護裝置主要分為靜態數據、機電工程兩類，根據實際投入激勵量可將其分成多次激勵、單次激勵。而裝置可靠程度以及抵抗外界干擾的水平，通常取決于電力系統性能、裝置自身性能，對裝置可靠性加以確定時，往往需要考慮四方面因素，首先是通過率，其次是裝置恢復正常狀態所花費平均時長，再次是裝置在維持指定動作方面的能力，最后是有效性。

（1）重視硬件冗余。在提升保護裝置所具有可靠性方面，實證有效的方法便是以硬件冗余為落腳點，對容錯技術核心功能進行充分發揮，確保即使保護裝置誤動，系統仍然能夠維持正常的運行狀態。需要注意的是，對硬件冗余進行設計時，應視情況引入多數表計、并聯還有備用切換等技術，確保設備拒動率、可用性能夠達到預期，以免出現設備誤動率無法得到真實展現的問題。此外，有關人員還應立足實際，對現有冗余方法進行合理選用，在保證裝置使用量符合要求的前提下，盡量降低項目成本，使設計方案更具經濟性。

（2）升級保護裝置。研究表明，保護裝置在特定范圍內出現異常，通常不會出現拒動的情況，此外，任一裝置出現拒動，均不會給其他裝置的運行造成影響，這也為裝置可靠性提供了保證。新形勢下，要想使設備整體可靠水平得到提升，關鍵是要對可靠性進行計算，在保證計算所參考指標準確、計算所得結果具有實際意義的前提下，盡快排除誤動行為。另外，在選擇配套裝置時，有關人員可酌情引入自動控制回路，通過為配套裝置提供全方位保護的方式，確保裝置能夠做到長期、穩定運行。

（3）定期進行維護。考慮到保護裝置需要長時間運行，隨著運行時間的累積，裝置出現異常的概率將大幅度提高，對其進行維護的重要性有目共睹。有關人員應定期對裝置進行檢查與維修，重點檢查開關、按鈕是否靈活以及原件標志是否完整，通過向接觸點施加一定壓力的方式，判斷裝置指示燈能否正常工作。此外，還應將設備配線納入檢查計劃，確保設備不存在配線脫落或是配線搭接等情況。待檢查工作告一段落，根據檢查期間所掌握資料，對設備常見故障、故障成因進行總結，并制定相應的解決方案，盡量避免日后出現類似的問題，使系統所具有可靠性達到預期水平。

3.2 自動裝置層面

（1）全面了解設備狀態。考慮到該裝置內部結構較為復雜，運行期間極易出現波動或類似情況，要想使裝置運行更加穩定且可靠，關鍵是要全面了解設備狀態、初始參數、設計圖紙和其他相關資料，確保系統能夠準確判斷設備是否存在異常，為后續工作提供理論依據。

（2）密切關注運行情況。提升裝置可靠性的又一切入點，便是對裝置運行情況、運行期間所產生數據加以了解，根據運行數據對裝置所遵循運行規律進行確定。此外，運行數據還可被用來為日后維修、更新等工作的開展提供指導。實踐表明，自動設備的故障率往往會隨著運行時間的推移而有所提高，只有定期進行檢查及維修，才能確保設備潛在故障被及時發現并得到解決，隨著設備可靠性得到增強，其所具有安全系數也將最大程度接近預期。

（3）定期更新裝置技術。科技的進步，使得自動裝置技術更新換代的速度較以往有所加快，由此可見，要想對裝置所具有可靠性進行提升，還應做到密切關注行業發展趨勢以及前沿技術，例如，搭配使用不同廠家所提供產品，將各裝置在同一時間發生故障或是發生相同故障的概率降至最低，由此達到雙重保護的效果。但要注意一點，即變電站所選用保護裝置應做到型號統一，工作人員可利用保護系統或是非常規的互感器，對自動技術進行升級，并通過定期檢測的方式，為自動裝置所具有可靠性提供保證。

3.3 其他策略

（1）確定故障點。先要明確一點，故障點是指裝置為確保系統可穩定運行所選擇的、對故障進行處理的位置。考慮到繼電裝置結構相對復雜，在確定故障點時，應對圖1所標出指標加以考慮：

圖1 故障點確定指標

通過圖1能夠看出，保護裝置所涵蓋可靠性指標的數量較多，其中，可維修部分指的是繼電保護獨立完成某項特定工作的概率，保護裝置通常能夠做到以無故障時間、故障類型為依據，對工作時間加以調整，壓縮對無法修復故障進行處理的時間，確保其他工作可得到有序開展。有效度則是指電力系統、自動裝置間所存在的故障關系。研究表明，若自動裝置所安裝電子互感器具有與普通互感器相同的可靠性，則自動裝置修復故障的成功率將和互感器作用持平。由于二次回路放棄了銅電纜，轉而使用通信網絡，因此，一旦指標數值發生明顯變化，便代表系統存在異常。以不可維修部分為例，若將標準成功率作為參考，指標成功率＞標準成功率，自動裝置將在系統周圍500m的范圍內隨機選擇一處并切斷電纜，確保系統可得到穩定運行，如果指標成功率＜標準成功率，該裝置將在500 m以外的區域選擇故障點，并完成后續工作。對于可維修部分，裝置將自行對比指標數據所發生變化，在確定故障點的前提下進行修護。

以故障指標為依據對系統故障加以判斷的方法，可幫助工作人員快速了解系統運行指標、判斷指標間的關系，從而確定故障位置，并由自動裝置對切斷點加以選擇并處理。事實證明，這樣做既能夠保證系統長期處于穩定且高效的運行狀態，還可使自動保護裝置變得更加可靠。

（2）快速切除故障設備。系統運行期間有一定概率發生故障，文章所討論裝置的作用，主要是快速確定故障點所在位置，并將故障點坐標、故障模式等信息同步至管理中心，確保管理人員對現場情況具有準確了解。若故障程度較輕，裝置通常能夠自行修復，在對故障設備進行切除并更換的同時，將相關信號同步至管理口，提示管理人員系統已經恢復正常運行。如果故障程度嚴重，則需要設備在發布預警的同時，以靈敏模塊所掌握信息對是否切除故障設備進行判斷，并對初期影響、最終后果加以展示，如表1所示：

表1 故障模式與影響

（3）科學評價裝置的靈敏度。文章所討論裝置內部裝有靈敏模塊，模塊可通過內置互感器對系統情況進行感應，工作原理如下：互感器表面設有多個輸入及輸出口，一旦系統出現異常情況，光口發熱量就會直接作用于互感器，導致互感器采集所得數據發生變化，待互感器將采集所得數據同步給保護裝置后，由自動裝置根據采樣值決定是否切換主備用設備，同時對保護裝置所采取冗余方式進行調節。正常情況下，該裝置均能夠獨立完成確定采樣值變化所遵循規律，結合規律對故障位置加以確定，以及通過繞組變形測試對裝置靈敏度進行判斷等工作，此外，還能夠自動生成如下表格：

表2 靈敏度情況

對裝置靈敏度進行優化評價，如果發現靈敏度存在偏差，該裝置將以偏差程度為依據，對硬件冗余方向進行調整，同時對硬件所用容錯技術進行變更，確保電力系統所使用電纜連接模式可及時得到切換。此外，還可以通過接入備用零件的方式，對靈敏模塊所具有誤動率、可用度加以控制，確保即使保護裝置存在誤動情況，模塊仍然能夠對系統運行狀態進行檢測，與此同時，保護裝置也能夠對模塊靈敏度給出相應的評價。

（4）縮短事故處理時間。文章所討論裝置的作用主要是對不良故障進行排除，使電力系統及各元件得以穩定運行。現階段，多數電力公司均對配電站進行了升級，通過安裝接地裝置的方式，確保線路故障能夠被及時發現，并協助管理人員盡快確定故障成因，為排除故障等工作的開展提供幫助。考慮到用戶用電觀念、工作人員水平均會給裝置可靠性產生影響，電力公司應做到定期組織培訓，向員工傳授先進理念及工作方法，以此來縮短事故處理時間，使供電質量和穩定性最大程度接近預期。

4 結論

綜上，在供電容量增多、供電范圍持續擴大的雙重影響下，越來越多人開始意識到提升電力運行所具有可靠性的意義。為保證電力系統得以穩定運行，有關人員決定引入繼電自動保護裝置，從宏觀視角出發，對該裝置所存在不足進行分析，通過對裝置可靠性進行提升的方式，使其對電力系統乃至電力行業發展所具有推動作用得到充分發揮。