繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性及在電網(wǎng)中的應(yīng)用探討

劉鋁

摘要：電力系統(tǒng)的第一道防護(hù)線就是繼電保護(hù)系統(tǒng)，繼電保護(hù)系統(tǒng)可以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止故障和異常對(duì)電力系統(tǒng)造成的不良影響。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，地區(qū)之間的聯(lián)網(wǎng)工作開始發(fā)展，電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常和故障的影響范圍擴(kuò)大。繼電保護(hù)系統(tǒng)具有穩(wěn)定、高速、靈敏等特點(diǎn)，可以保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止事故的發(fā)生，降低因事故發(fā)生所造成的經(jīng)濟(jì)損失。文章對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；可靠性；應(yīng)用；正常運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TM774文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）20-0051-02

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平逐漸提高，其所含的元器件數(shù)量不斷增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，使用的設(shè)備越來越先進(jìn)，這增大了電力系統(tǒng)的發(fā)生故障的幾率，經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要保障，是指在電力系統(tǒng)發(fā)生異常狀況或者故障時(shí)，可以在最短時(shí)間內(nèi)和最小區(qū)域內(nèi)自動(dòng)從系統(tǒng)中切除發(fā)生故障的設(shè)備，或者向工作人員發(fā)出信號(hào)，讓工作人員解決異常狀況發(fā)生的根源，進(jìn)一步減輕電力系統(tǒng)事故對(duì)設(shè)備的損壞和對(duì)用戶供電所造成的不良影響。本文對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1我國(guó)繼電保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，工業(yè)發(fā)展起步較晚，所以我國(guó)在繼電保護(hù)系統(tǒng)方面的研究應(yīng)用起步較晚，是從建國(guó)后開始的。經(jīng)過10多年的發(fā)展，在20世紀(jì)40年代設(shè)立了繼電保護(hù)學(xué)科和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，建立了繼電器制造工業(yè)和機(jī)電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，發(fā)展速度十分迅速。在50年代末，開始研究晶體管繼電保護(hù)，在60年代~80年代得到了大力發(fā)展和廣泛采用。從70年代中開始研究基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)，在80年代末形成了較為完整的體系，取代了晶體管保護(hù)。我國(guó)機(jī)電保護(hù)技術(shù)從90年代起進(jìn)入了計(jì)算機(jī)保護(hù)時(shí)代，研發(fā)了計(jì)算機(jī)保護(hù)軟件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)在繼電保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸向計(jì)算機(jī)化、智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

2繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析

2.1繼電保護(hù)裝置的可靠性

繼電保護(hù)裝置的可靠性是指當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或者出現(xiàn)異常狀況時(shí)，裝置可以正常運(yùn)行，進(jìn)行正確的運(yùn)作，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)拒絕運(yùn)作。繼電保護(hù)裝置的可靠程度可以用可靠性指標(biāo)數(shù)值來表示，這個(gè)可靠性指標(biāo)可以從正確的角度進(jìn)行定義，也可以從錯(cuò)誤的角度出發(fā)。常用的機(jī)電保護(hù)裝置可靠性指標(biāo)有可靠度、可用度、故障率、修復(fù)率、檢修率、切換時(shí)間、平均無故障工作時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間。

為了提升繼電保護(hù)裝置的可靠性，應(yīng)該從裝置的各方面尋找影響可靠性的原因，針對(duì)實(shí)際原因采取具有一定針對(duì)性的保護(hù)措施，還可以定期對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行檢修和維修。目前，微機(jī)繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中廣泛使用，已被普遍應(yīng)用于電力系統(tǒng)的線路保護(hù)、主編差動(dòng)保護(hù)、勵(lì)磁控制等多個(gè)方面。微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況的需要配置進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)，滿足電力系統(tǒng)的各種需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)其“量身定制”，還可以自定義保護(hù)功能，在標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)之外提供特殊保護(hù)，最大程度滿足其要求。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)在繼電保護(hù)裝置中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)軟件也成為了影響繼電保護(hù)裝置可靠性的重要因素之一，軟件在編寫過程中的一點(diǎn)點(diǎn)誤差和缺陷以及在運(yùn)行過程中受到了外界的干擾，這都可能影響到軟件的正常運(yùn)行，造成軟件判斷錯(cuò)誤，從而不利于繼電保護(hù)裝置的有效運(yùn)行，影響保護(hù)裝置的拒絕運(yùn)行或者錯(cuò)誤運(yùn)行。

2.2基于故障樹分析法的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

故障樹分析法是美國(guó)貝爾電報(bào)公司的電話實(shí)驗(yàn)室在1962年研發(fā)的，采取思維邏輯的方法，生動(dòng)形象地進(jìn)行了分析工作，具有直觀明了、邏輯性強(qiáng)、思路清晰的他點(diǎn)，是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一，對(duì)安全系統(tǒng)工程進(jìn)行了系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性的研究。繼電保護(hù)系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)主要是由電壓電力互感器、二次回路、繼電保護(hù)裝置、繼電保護(hù)輔助裝置、繼電保護(hù)裝置的通信和斷路器及操作機(jī)構(gòu)等組成。對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)使用了故障樹分析法，對(duì)系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了分組，分為繼電保護(hù)時(shí)效和斷路器失效兩個(gè)部分，用A表示保護(hù)正確，B表示斷路器正確，繼電保護(hù)系統(tǒng)硬件失效可以用AB+AB+AB=AB+B來表示，如圖1所示。

經(jīng)過精密的計(jì)算，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)硬件的組成模塊的概率重要度有了較為清楚地認(rèn)知，見表1。

從表1中可以清晰地看出，保護(hù)裝置和二次回路占有較大的概率重要度，說明這兩者引起繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)效的可能性最大，對(duì)硬件系統(tǒng)的影響最大，是繼電保護(hù)硬件系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障或者異常情況的部分。

3繼電保護(hù)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1繼電保護(hù)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的配置

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的電壓越來越高，容量越來越大，為電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行提供了較大的難題，而繼電保護(hù)系統(tǒng)在一定程度上解決了這一難題。繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作狀況一般分為兩種，一種是正確動(dòng)作，另一種是不正確動(dòng)作，不正確動(dòng)作又分為了誤動(dòng)和拒動(dòng)兩種工作狀況。當(dāng)電網(wǎng)中的某個(gè)元件發(fā)生故障或者異常狀況時(shí)，這個(gè)元件的繼電保護(hù)系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間向離異常元件最近的斷路器發(fā)出跳閘的命令，迅速?gòu)碾娋W(wǎng)中斷開異常元件。所以，在電網(wǎng)中合理配置繼電保護(hù)系統(tǒng)，影響到了電網(wǎng)中一次元件的正常運(yùn)行，可以有效降低電網(wǎng)系統(tǒng)的故障率，很大提升電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文以110 kV的線路為例對(duì)電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了探討。

在電網(wǎng)線路繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置中，110 kV的線路大部分使用的是中性點(diǎn)直接接地的網(wǎng)絡(luò)線路，線路是單側(cè)電源時(shí)，使用階段式相電流和零序電流保護(hù)形勢(shì)來保護(hù)相間和接地故障，當(dāng)線路是雙側(cè)電源時(shí)，使用階段是相見和接地距離保護(hù)、零序電流保護(hù)。

在電網(wǎng)母線繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置中，110 kV線路的母線必須安裝專用的母線保護(hù)來保護(hù)110 kV單母線和重要發(fā)電廠的母線保護(hù)，裝設(shè)專用的母線保護(hù)來迅速且觸目線上的故障或者異常狀況。當(dāng)母線裝設(shè)專用母線保護(hù)之后，要安裝具有相當(dāng)靈敏系數(shù)的線路或者變壓器，更有利于母線的后備保護(hù)。

在電網(wǎng)變壓器繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置中，為了保護(hù)電網(wǎng)中的重要設(shè)備之一——變壓器。大部分要進(jìn)行零序電流保護(hù)、總理安插動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)、瓦斯保護(hù)、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)，為了保證變流器的正常、穩(wěn)定地運(yùn)行。

3.2確定配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)

配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)主要由系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)（SAIFI）、用戶平均停電頻率指標(biāo)（CAIFI）、平均供電可用率指標(biāo)（ASAI）三個(gè)參數(shù)進(jìn)行確定的。系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)市直供電系統(tǒng)用戶在單位時(shí)間內(nèi)遭受的平均停電次數(shù)，用戶平均停電頻率指標(biāo)是指每個(gè)被停電的用戶在一個(gè)供電年度中遭受的平均停電次數(shù)，平均供電可用率指標(biāo)是用實(shí)際供電總時(shí)間和用戶要求供電總時(shí)間兩者之間的比來表示的。通過對(duì)三個(gè)指標(biāo)的分析和計(jì)算，可以得出較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有利于確定配電網(wǎng)的可靠性，通過分析可以得出繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性的重要影響。

4結(jié)語

本文對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性，有利于電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止事故的發(fā)生，降低因事故發(fā)生所造成的經(jīng)濟(jì)損失。繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要保障，可以在最短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)從系統(tǒng)中切除發(fā)生故障的設(shè)備，減輕了電力系統(tǒng)事故對(duì)用戶供電所造成的不良影響，避免了大規(guī)模停電情況的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳慧敏.繼電保護(hù)裝置的可靠性相關(guān)問題分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009,(31).

[2] 張東.淺談繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的技術(shù)應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2010,(10).

[3] 戴志輝,王增平.繼電保護(hù)可靠性研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,(15).

[4] 王姍.基于故障樹分析法的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析[J].電氣時(shí)代,2011,(2).

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