繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性影響因素及保護(hù)失效問(wèn)題研究

閆桂娟

(國(guó)電大武口熱電有限公司，寧夏 石嘴山753000)

0 引言

隨著工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，以“大機(jī)組、大容量、高電壓、遠(yuǎn)距離、新技術(shù)、智能化”為特征的現(xiàn)代電力系統(tǒng)在運(yùn)行效率不斷提高的同時(shí)，運(yùn)行的復(fù)雜性和不確定性也在增加，主要表現(xiàn)在：第一，系統(tǒng)運(yùn)行特性隨著電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)組成、地域分布的變化而呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的多樣性，同一電網(wǎng)因?yàn)殡姎饴?lián)系又呈整體性，在多種可能的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)下的表征既有差異性又有相似性；第二，電力市場(chǎng)的逐漸發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了一定影響，一是最大限度開(kāi)展的市場(chǎng)交易可能使安全裕度縮小到極限；二是眾多市場(chǎng)參與方所起的作用日益重要，給電網(wǎng)運(yùn)行增加了多變和不確定因素。第三，近年來(lái)大規(guī)模新能源電力的接入，進(jìn)一步加劇了隨機(jī)性因素對(duì)電力系統(tǒng)的影響。而這些因素最終可能會(huì)干擾電力系統(tǒng)二次自動(dòng)裝置的正常工作，在此背景下，鑒于二次設(shè)備對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要作用，電力系統(tǒng)對(duì)二次自動(dòng)裝置的要求也在不斷提高。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性特點(diǎn)

繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于可修復(fù)系統(tǒng)，深入分析其可靠性的特點(diǎn)是選取指標(biāo)、建立模型、進(jìn)行可靠性分析的前提。

（1）因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境、自身狀況的可變性，繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠度、失效發(fā)生時(shí)間具有一定的隨機(jī)性和概率性。

（2）保護(hù)系統(tǒng)可靠性涉及因素多，其建模、指標(biāo)選取及計(jì)算具有難度。從廣義上說(shuō)，影響保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素不僅包括保護(hù)裝置，還包括與其關(guān)系緊密的通訊通道、一次設(shè)備、一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及人為因素等；保護(hù)的設(shè)計(jì)原理、配置方案、整定方式和電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式也極大地影響保護(hù)的動(dòng)作情況。就保護(hù)裝置而言，又涵蓋復(fù)雜的軟、硬件及其冗余邏輯等。其中，軟件的可靠性很難根據(jù)物理要素進(jìn)行預(yù)計(jì)，而主要取決于系統(tǒng)輸入、系統(tǒng)的使用和軟件設(shè)計(jì)等；硬件的可靠性則主要取決于其各個(gè)基本部件及電路設(shè)計(jì)的可靠性等。

（3）保護(hù)系統(tǒng)的失效可以分為誤動(dòng)失效和拒動(dòng)失效，在制定可靠性指標(biāo)時(shí)應(yīng)綜合考慮這兩種失效情況，每種失效又可分為可被檢測(cè)的和不可被檢測(cè)的2類(lèi)。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性影響因素

2.1 裝置硬件

無(wú)論是微機(jī)保護(hù)還是全數(shù)字化保護(hù)裝置，實(shí)際上都是由若干電子設(shè)備和軟件構(gòu)成的有機(jī)整體，而電子設(shè)備的老化和損壞會(huì)直接影響保護(hù)裝置和系統(tǒng)在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。例如，全數(shù)字化保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)雖較微機(jī)保護(hù)的簡(jiǎn)單，但其裝置增加了較多光纖輸入、輸出接口，也帶來(lái)了新的可靠性問(wèn)題，若光口因?yàn)榘l(fā)熱等原因損壞，將直接影響釆樣值的輸入和保護(hù)跳閘的輸出。

影響繼電保護(hù)硬件系統(tǒng)可靠性的因素還包括運(yùn)行維護(hù)水平及運(yùn)行環(huán)境的干擾等。

2.2 裝置軟件

硬件是實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的平臺(tái)，軟件算法是實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的核心，因此軟件的可靠性對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)能否正常工作具有極大影響。軟件的可靠性很難根據(jù)物理要素進(jìn)行預(yù)計(jì)，而主要取決于原理性能、系統(tǒng)輸入、系統(tǒng)的使用和軟件設(shè)計(jì)等。

2.3 互感器等相關(guān)一次設(shè)備

CT、PT等互感器及斷路器等一次設(shè)備通過(guò)傳變輸入量和執(zhí)行輸出而直接影響著保護(hù)系統(tǒng)正確反映一次系統(tǒng)狀態(tài)、不拒動(dòng)、不誤動(dòng)的能力。微機(jī)保護(hù)一般采用電磁式互感器，其接線正確性、傳變誤差等均會(huì)影響保護(hù)的正確動(dòng)作；全數(shù)字化保護(hù)中一般采用電子式互感器或光學(xué)互感器，這些新型互感器在抗飽和等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但其可靠性在現(xiàn)階段還待提高，相應(yīng)保護(hù)的可靠性也會(huì)受此影響。

2.4 二次回路

二次回路絕緣老化、線路裸露導(dǎo)致接地或者元件連接接觸不良、松動(dòng)均可能給保護(hù)的正確動(dòng)作造成不利影響。全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)采用高速網(wǎng)絡(luò)通信代替了二次電纜，二次回路具備了自我監(jiān)測(cè)的能力。電子式互感器與保護(hù)裝置之間的光纖鏈路、交換機(jī)若出現(xiàn)斷鏈或故障，保護(hù)裝置接收不到報(bào)文就會(huì)及時(shí)發(fā)出告警。同理，保護(hù)裝置與斷路器之間出現(xiàn)斷鏈或故障，斷路器的智能終端也會(huì)及時(shí)告警，這為克服二次回路給保護(hù)可靠性帶來(lái)的影響提供了技術(shù)條件。

2.5 繼電保護(hù)定值

理論上，保護(hù)原理、保護(hù)特性、保護(hù)定值及一次系統(tǒng)運(yùn)行狀況對(duì)繼電保護(hù)可靠性都有較大影響，實(shí)際運(yùn)行情況表明，離線整定的保護(hù)定值是該類(lèi)因素中影響保護(hù)正確動(dòng)作的主要因素。

常規(guī)繼電保護(hù)系統(tǒng)一般通過(guò)離線計(jì)算定值并在運(yùn)行中保持不變。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、交直流混合運(yùn)行，也經(jīng)常出現(xiàn)臨時(shí)運(yùn)行方式，加之后備保護(hù)配合關(guān)系復(fù)雜、動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)、易受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響，離線整定模式的弊端日益突出。其次，整定計(jì)算過(guò)程中的諸如可靠系數(shù)、返回系數(shù)等的確定會(huì)在一定程度上影響保護(hù)的性能。第三，在配電網(wǎng)中，由于分布式電源接入導(dǎo)致的雙向潮流、多電源網(wǎng)絡(luò)等新特性對(duì)保護(hù)定值整定甚至保護(hù)原理提出了更高要求。

保護(hù)定值的在線整定和校驗(yàn)是克服離線定值弊端的有效手段之一，近年來(lái)保護(hù)在線整定計(jì)算需要的技術(shù)條件取得了很大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，基本取代了模擬式保護(hù)，為在線整定、校驗(yàn)及修改打下了基礎(chǔ)；其次，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用研究、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備和光纖網(wǎng)絡(luò)二次回路技術(shù)的應(yīng)用研究，為繼電保護(hù)在線整定及校驗(yàn)系統(tǒng)的研究、應(yīng)用和推廣積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，電力通信技術(shù)與通信手段的不斷進(jìn)步，使得整定計(jì)算所需要的電網(wǎng)信息和保護(hù)信息能快捷有效地釆集和傳送；第三，現(xiàn)有在線實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件的成功開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，為繼電保護(hù)在線整定校驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)也為繼電保護(hù)在線整定及校驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用提供了參考和借鑒。但是，在線整定和校驗(yàn)的實(shí)用化進(jìn)程中還有諸多理論和實(shí)際的問(wèn)題需要解決。

3 繼電保護(hù)失效分類(lèi)

對(duì)繼電保護(hù)失效進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)，是進(jìn)行保護(hù)系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)收集、可靠性評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)，根據(jù)影響保護(hù)可靠性的主要因素，將保護(hù)失效分為3類(lèi)：

（1）繼電保護(hù)硬件系統(tǒng)失效，主要包括保護(hù)裝置程序本身的問(wèn)題(與保護(hù)原理正確與否無(wú)關(guān)的程序設(shè)計(jì)、編制等問(wèn)題）、裝置硬件失效及二次回路故障、互感器故障、斷路器機(jī)構(gòu)故障等因素導(dǎo)致的保護(hù)系統(tǒng)失效。

（2）繼電保護(hù)原理性失效，第一類(lèi)失效已經(jīng)考慮了軟件程序本身的問(wèn)題，因此，這里的軟件原理主要涉及與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)的保護(hù)原理、邏輯流程，離線整定的定值及相關(guān)的隱性故障等。

（3）運(yùn)行維護(hù)失誤及運(yùn)行環(huán)境干擾等引起的保護(hù)失效。運(yùn)行維護(hù)失誤如誤操作、誤接線等，在保護(hù)誤動(dòng)原因統(tǒng)計(jì)中占有較大比例，是影響保護(hù)可靠性的一個(gè)重要而復(fù)雜的因素。另外，其它如環(huán)境、天氣等因素亦須考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，繼電保護(hù)往往是以保護(hù)系統(tǒng)的形式存在于電網(wǎng)中，且多數(shù)后備保護(hù)裝置有配合關(guān)系，一個(gè)保護(hù)裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)，可能會(huì)引起其它保護(hù)裝置的順序動(dòng)作，甚至引發(fā)連鎖跳閘風(fēng)險(xiǎn)。因此，建立科學(xué)的、能夠分別或綜合定量反映保護(hù)系統(tǒng)各種失效模式的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)于提高相關(guān)研究的準(zhǔn)確性和可信度具有積極作用。

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［3］李永麗，李致中，楊維.繼電保護(hù)裝置可靠性及其最佳檢修周期的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21（6）：63-65，71.