電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性研究

摘要：對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)揮重要作用的繼電保護(hù)，隨著我國(guó)電力建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、電網(wǎng)的日益復(fù)雜化。在電力企業(yè)安全生產(chǎn)中，繼電保護(hù)的重要性日漸凸顯。目前，在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性方面，國(guó)內(nèi)外的研究正在逐步深入，并且取得一定的成果。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù) 電力系統(tǒng) 裝置 可靠性 冗余設(shè)計(jì)

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)正以高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)進(jìn)行著，城市電網(wǎng)系統(tǒng)的覆蓋地域極其遼闊，電網(wǎng)的規(guī)模也越來(lái)越大，大量的、各種類型的電氣設(shè)備通過(guò)電氣線路緊密的聯(lián)結(jié)在一起，在各種復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境和人為因素的影響和制約下，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生電氣故障，在一定程度上影響人們的生產(chǎn)和生活。因此，必須提高繼電保護(hù)運(yùn)行的可靠性，進(jìn)而確保電網(wǎng)供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了防止繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行正確設(shè)置，同時(shí)對(duì)各項(xiàng)相關(guān)定值進(jìn)行準(zhǔn)確地整定，在一定程度上對(duì)于促進(jìn)電力事業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展具有重要意義。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的定義

1.1 繼電保護(hù)的內(nèi)涵。所謂繼電保護(hù)就是電力系統(tǒng)中提供供電可靠性、保障電氣設(shè)備安全的最基本、最有效的核心技術(shù)手段之一。對(duì)電力系統(tǒng)能夠滿足選擇性、可靠性、速動(dòng)性和靈敏性要求的繼電保護(hù)系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中，主要利用元件發(fā)生異常情況或者短路時(shí)電壓、電流、頻率、功率等電氣量的變化，進(jìn)一步構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作。對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，是按照某種連接方式，由一套或幾套相互獨(dú)立的繼電保護(hù)裝置共同組成的系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，變壓器、母線、線路等電力設(shè)備，在沒(méi)有繼電保護(hù)狀態(tài)下是不允許運(yùn)行的。

1.2 繼電保護(hù)的基本任務(wù)。首先，當(dāng)電力系統(tǒng)中被保護(hù)的元件發(fā)生故障時(shí)，為了確保故障元件能夠從電力系統(tǒng)中及時(shí)、迅速地?cái)嚅_(kāi)，進(jìn)而在暫態(tài)穩(wěn)定性等方面滿足電力系統(tǒng)某些特定要求，同時(shí)將電力系統(tǒng)元件本身的損壞降到最低。所以，通過(guò)故障元件的繼電保護(hù)裝置給距離故障元件最近的，并且具備脫離故障功效的斷路器及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出跳閘指令，進(jìn)而在一定程度上，將發(fā)生故障的元件對(duì)電力系統(tǒng)安全供電的影響降到最低。其次，對(duì)于電氣設(shè)備不正常工作的情況，通過(guò)繼電保護(hù)能夠進(jìn)行反應(yīng)，也就是繼電保護(hù)裝置能夠根據(jù)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同，以及工作情況的不同，發(fā)出相應(yīng)的示警信號(hào)，便于裝置進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，或者通過(guò)值班人員進(jìn)行處理，或者自動(dòng)切除某些電氣設(shè)備（繼續(xù)運(yùn)行會(huì)引發(fā)事故的電氣設(shè)備）。繼電保護(hù)系統(tǒng)在執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù)過(guò)程中，其裝置允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作。

1.3 繼電保護(hù)的可靠性指標(biāo)。所謂繼電保護(hù)的可靠性是指在規(guī)定的條件下、在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，一個(gè)配置合理，并且在技術(shù)、質(zhì)量等方面都比較優(yōu)良的系統(tǒng)、設(shè)備或元件完成預(yù)定功能的能力，即保護(hù)該動(dòng)作時(shí)動(dòng)作、不該動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作，確保切除的是故障設(shè)備或線路。它是繼電保護(hù)性能的最根本的要求，而提高誤動(dòng)作和不拒動(dòng)，則是繼電保護(hù)可靠性的核心。繼電保護(hù)可靠性一般有功能的可靠性和設(shè)備的可靠性2個(gè)指標(biāo)：功能的可靠性是指對(duì)處于工作狀態(tài)的繼電保護(hù)系統(tǒng)從一次系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)其正確工作的概率進(jìn)行描述，該指標(biāo)受繼電保護(hù)的誤動(dòng)、拒動(dòng)概率的影響和制約；設(shè)備的可靠性即從二次系統(tǒng)的觀點(diǎn)描述投入運(yùn)行的繼電保護(hù)系統(tǒng)在任何時(shí)刻都處于工作狀態(tài)的概率。在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，通常采用概率法、故障樹(shù)分析法及馬爾科夫模型法等，由于繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于可修復(fù)系統(tǒng)，所以其中的概率法不適合其求解。

2 提高繼電保護(hù)可靠性運(yùn)行的相關(guān)措施

2.1 冗余設(shè)計(jì)及其優(yōu)化。利用容錯(cuò)技術(shù)設(shè)計(jì)繼電保護(hù)系統(tǒng)。在保護(hù)系統(tǒng)中，對(duì)于不影響整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)正確工作的個(gè)別繼電保護(hù)裝置，在該系統(tǒng)中容許其不正確工作。通常情況向，借助硬件冗余的方式完成容錯(cuò)技術(shù)。在設(shè)計(jì)繼電保護(hù)系統(tǒng)硬件冗余的過(guò)程中，常用的冗余設(shè)計(jì)方法有：重復(fù)（并聯(lián)）、多數(shù)表決、備用切換等，這些冗余設(shè)計(jì)方式一方面改善可用度、拒動(dòng)率等可靠性指標(biāo)，另一方面對(duì)誤動(dòng)率這一可靠性指標(biāo)進(jìn)行惡化。通過(guò)多數(shù)表決的方式可以對(duì)所有可靠性指標(biāo)進(jìn)行顯著改善，同時(shí)能夠使可靠性指標(biāo)達(dá)到任一規(guī)定值；對(duì)于備用切換方式來(lái)說(shuō)，對(duì)可用度指標(biāo)雖然有顯著的改善，但對(duì)一些如拒動(dòng)率、誤動(dòng)率及可靠度等可靠性指標(biāo)沒(méi)有影響。因此，在設(shè)計(jì)硬件冗余的過(guò)程中，根據(jù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇合適的冗余方法。通過(guò)對(duì)冗余設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在一定程度上使其滿足可靠性指標(biāo)，同時(shí)確保所用的保護(hù)裝置數(shù)量最少，實(shí)現(xiàn)投資額最小。前者為變量，后者為約束條件。雖然繼電保護(hù)系統(tǒng)投資額降低與可靠性提高二者之間是存在矛盾的，但是，通過(guò)對(duì)比各種優(yōu)化的冗余設(shè)計(jì)方案，可以有效解決這兩種求極值的問(wèn)題。因此，在實(shí)際過(guò)程中，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，都要使其滿足可靠性指標(biāo)，并且將其放于第一位。

2.2 繼電保護(hù)裝置可靠性的提高。進(jìn)一步合理地、正確地計(jì)算、評(píng)價(jià)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性指標(biāo)是一個(gè)十分值得深入研究和探討的問(wèn)題。一方面，可將區(qū)外故障正確不動(dòng)作納入繼電保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)正確工作率指標(biāo)計(jì)算內(nèi)；另一方面，可將正確動(dòng)作率指標(biāo)細(xì)分，即由正確動(dòng)作率和不正確動(dòng)作率構(gòu)成，其中，正確動(dòng)作率包含正常運(yùn)行時(shí)正確不動(dòng)作率，區(qū)內(nèi)故障正確動(dòng)作率及區(qū)外（正反方向）故障正確不動(dòng)作率；不正確動(dòng)作率則包含區(qū)外故障誤動(dòng)率（含正、反方向）、正常運(yùn)行時(shí)誤動(dòng)作率、拒動(dòng)率以及故障頻率等。以上兩方面的定義與劃分，有利于對(duì)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行性能及出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行更為具體深入的分析和研究。另外，作為繼電保護(hù)裝置必需的輔助配套產(chǎn)品——繼電保護(hù)的輔助裝置，其工作的可靠性對(duì)保證繼電保護(hù)正確動(dòng)作、促進(jìn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行亦起著非常重要的作用。繼電保護(hù)的輔助裝置主要用于電力系統(tǒng)二次繼電保護(hù)和自動(dòng)控制回路中，其主要功能是作為斷路器操作的輔助控制以更好的滿足斷路器的控制操作，同時(shí)亦被用作二次回路的切換。通過(guò)對(duì)裝置中長(zhǎng)期帶電的發(fā)熱電阻進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)來(lái)降低機(jī)箱內(nèi)的工作溫度，充分考慮和保證輔助裝置的各個(gè)回路的絕緣電阻和耐壓水平。

3 繼電保護(hù)操作運(yùn)行工作的規(guī)范

3.1 做好驗(yàn)收工作，通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行驗(yàn)收，確定各項(xiàng)施工是否完善，以及電力系統(tǒng)是否具備安全、穩(wěn)定運(yùn)行條件的重要保證。工作人員調(diào)試完畢繼電保護(hù)之后，需要進(jìn)行專業(yè)的驗(yàn)收，以及進(jìn)行嚴(yán)格自檢，同時(shí)填寫(xiě)相應(yīng)的驗(yàn)收單，同時(shí)將其送交廠部，然后由廠部組織檢修、運(yùn)行、生產(chǎn)及做開(kāi)關(guān)合跳試驗(yàn)，并對(duì)保護(hù)裝置變動(dòng)的時(shí)間、內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的記錄，該記錄在相關(guān)負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)之后，作為日后查詢的依據(jù)。繼電保護(hù)試運(yùn)行試驗(yàn)確保無(wú)誤后，可以啟動(dòng)運(yùn)行程序。

3.2 為了避免故障、事故的發(fā)生，需要做好繼電保護(hù)裝置及二次回路的巡檢工作。在一定程度上，只有做好安全事故的預(yù)防工作，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。而定期對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，則是其重要途徑。全面、細(xì)致的檢查工作應(yīng)包括：壓板、開(kāi)關(guān)位置是否正確；自動(dòng)裝置、保護(hù)壓板是否均按調(diào)度要求投入；各回路接線是否正常，有無(wú)松脫、發(fā)熱甚至焦臭味道的出現(xiàn)；繼電器接點(diǎn)是否完好、線圈及附加電阻是否存在過(guò)熱問(wèn)題；指示燈、監(jiān)視燈、警鈴等設(shè)備情況是否完好、指示是否正常等等。

3.3 完善繼電保護(hù)系統(tǒng)，不斷進(jìn)行技術(shù)改造。隨著電子、通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)不斷發(fā)展，在一定成程度上推動(dòng)了繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)而打破了繼電保護(hù)傳統(tǒng)格局，使繼電保護(hù)的自動(dòng)化水平不斷提高。電力工作者需要不斷進(jìn)步，在對(duì)繼電保護(hù)配置與運(yùn)行的可靠性、速動(dòng)性、靈敏性以及調(diào)試方便等進(jìn)行綜合性考慮的基礎(chǔ)上，對(duì)繼電保護(hù)技術(shù)做好改造，使繼電保護(hù)跟上時(shí)代的步伐，適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步。目前，以微處理器為基礎(chǔ)的計(jì)量測(cè)試儀表、數(shù)字保護(hù)裝置、運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制裝置等在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，上述裝置都采用緊湊型、低功率的電壓和電流互感器，這些對(duì)于提高電力系統(tǒng)特別是電力系統(tǒng)保護(hù)的可靠性具有重要意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，電力系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護(hù)提出更高的要求。在繼電保護(hù)技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外朝著網(wǎng)絡(luò)化、計(jì)算機(jī)化、測(cè)量、控制、保護(hù)、數(shù)據(jù)通信一體化、人工智能化方向發(fā)展，這對(duì)繼電保護(hù)工作者提出了更加艱巨任務(wù)，特別是大型企業(yè)復(fù)雜廠區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)可靠性及智能化研究尤為重要。因此，采取一些有效措施提高繼電保護(hù)的可靠性具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李婉萍.繼電保護(hù)“三誤”事故分析及防范措施研究[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，27（5）：39-40.

[2]霍利民.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[3]蘭浩.探討電力繼電保護(hù)防護(hù)的重要性[J].科技傳播，2010（3）：16-17.

[4]賀家李，李永麗，李斌，等.電力行業(yè)繼續(xù)教育培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.