基于可靠性的電力系統(tǒng)繼電保護優(yōu)化研究

金泉

摘 要 繼電保護的選擇性、速動性、可靠性、靈敏性對電力系統(tǒng)的安全運行起著關(guān)鍵的保護作用。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障以及不正常運行狀態(tài)時及時動作，可靠反應(yīng)，從而防止事故的擴大從而保障電網(wǎng)的高質(zhì)、高效運行。繼電保護的可靠性分析即成為預(yù)防事故擴大化的最核心問題。

關(guān)鍵詞 可靠性；繼電保護；電力系統(tǒng)；優(yōu)化

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）23-0037-02

可靠性在電力系統(tǒng)中指的是電能運輸?shù)陌踩砸约翱梢蕾囍笜耍请娏ο到y(tǒng)繼電保護的最關(guān)鍵要求。當前繼電保護可靠性研究仍處于發(fā)展階段，研究可靠性的領(lǐng)域集中在FMECA、故障樹法、馬爾科夫、狀態(tài)空間法等。

FMECA方法是構(gòu)建系統(tǒng)的安全因子并進行分析，定性的分析出各種影響可靠性的因素的危害性，有助于工作者有所側(cè)重。狀態(tài)空間法適用于可修復(fù)的可靠性系統(tǒng)，即設(shè)備故障后可以通過修補繼續(xù)實現(xiàn)其功能的可靠性系統(tǒng)。故障樹方法是從設(shè)備出發(fā)，分析出導(dǎo)致故障的每一種可能的原因，從故障樹的根目錄到子目錄一層層的進行細化和分析，從而更具體形象的看出影響電力系統(tǒng)繼電保護可靠性的破壞因子。在電力系統(tǒng)繼電保護可靠性的定義中，主要包括繼電保護設(shè)備的可靠性以及保護系統(tǒng)的可靠性，即硬件可靠性和軟件可靠性。設(shè)備可靠性可以理解為可用度，即設(shè)備的運行狀況。系統(tǒng)（軟件）的可靠度即在系統(tǒng)控制下設(shè)備動作的選擇性、速動性、靈敏性等指標，也可以從設(shè)備誤動、拒動等指數(shù)分析。

1 可靠性概念以及衡量指標

電力系統(tǒng)繼電保護可靠性在電力行業(yè)的概念指的是電力設(shè)備（一次設(shè)備、二次設(shè)備）在運行條件下，處于故障以及不正常運行時反應(yīng)能力。例如輸電線路動作的跳閘以及自動重合閘操作等。

繼電保護可靠性定量衡量指標即電力設(shè)備在電力運行的特定條件下和特定時間下實現(xiàn)保護功能的概率。此概率即電力繼電保護一次、二次設(shè)備的可靠度，往往采取字母R表示?？煽慷萊（t）：電力一次、二次設(shè)備在故障以及不正常條件下運行相應(yīng)時間t后，尚能繼續(xù)保證供電功能的概率?？煽慷鹊臄?shù)學(xué)表達式即：

（1）

N個電力設(shè)備從開始投運到t時刻發(fā)生故障以及不正常運行的次數(shù)為n（t），當N趨于較大值時，設(shè)備在t時刻的可靠度相應(yīng)數(shù)學(xué)式表達為：

（2） 設(shè)備失效分布密度：

電力設(shè)備失效分布密度f（t）表示在規(guī)定條件下電力設(shè)備在t時刻發(fā)生故障的概率即 （3） 2 影響電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)備可靠性的各種因素

1）繼電保護設(shè)備自身的因素。電力系統(tǒng)繼電保護從保護距離以及分段分析主要包括主保護、遠后備保護、輔助保護以及異常異動保護四個方面。主保護即速動保護以最快速度切除故障電力設(shè)備；后備保護是主保護失效后更大范圍的切除故障的應(yīng)急保護措施。

電力設(shè)備的可靠性即硬件部分可靠性受型號、材料、生產(chǎn)工藝、廠家等影響。在電力網(wǎng)中，首先是設(shè)備的正確選用，再次是設(shè)備的質(zhì)量保障。

2）軟件因素。軟件因素及二次系統(tǒng)的可靠性因素，在電力系統(tǒng)中主要指的是微機保護。系統(tǒng)控制電力設(shè)備的動作，系統(tǒng)由算法實現(xiàn)，所以常見的系統(tǒng)問題主要有以下幾點。

①需求分析定義錯誤。對需要做出改變的保護動作理解不到位，不能實現(xiàn)其功能等。

②設(shè)計錯誤。編程過程中出現(xiàn)算法錯誤。

③譯碼錯誤。如語法錯誤，變量初始化錯誤等。

④調(diào)試錯誤。如原始數(shù)據(jù)錯誤等。

⑤文檔錯誤。

3）外部環(huán)境及人為因素。

外部環(huán)境等因素有：

①溫度：溫度變化使元器件涂覆層脫落、灌封材料和密封化合物龜裂甚至破密封外殼開裂；由不同材料構(gòu)成的產(chǎn)品對可靠性的影響也不相同。

②濕度：潮濕環(huán)境可以引起材料的機械性能和化學(xué)性能的變化，如體膨脹。

③沖擊、振動：變形、彎曲等對結(jié)構(gòu)的影響主要是指變形、彎曲、產(chǎn)生裂紋等。

④人為因素主要包括設(shè)計接線出錯、施工和檢修未能按照設(shè)計接線等。根據(jù)電網(wǎng)統(tǒng)計，在220 kV電力網(wǎng)中，人為因素故障約占總故障的37.5 %。

3 線路保護可靠性實例及提升措施

1）計算實例。

根據(jù)某110 kV線路保護方案得出可靠性框圖，見圖1。

MUl、MU2：llO kV線路合并單元1、2；ITl、IT2：llO kV線路智能終端1、2；SW1：SV交換機A；SW2：SV交換機B；SW3、4：GOOSE交換機 A、B。

利用最小路集法和不交化算法，代入各元件的正常工作概率，可得llO kV線路保護的可靠性函數(shù)：

代入各元件的故障率，取t=50（年）可得llOkV線路保護可靠度為=0.999999987

2）可靠性提升措施。

電力系統(tǒng)繼電保護是電力網(wǎng)的安全保護系統(tǒng)，可靠性決定電網(wǎng)功能質(zhì)量，對可靠性的提升從各個設(shè)計單元出發(fā)。

①冗余技術(shù)。

應(yīng)用冗余資源提升可靠性，在系統(tǒng)資源基礎(chǔ)上留有附加資源，利用冗余技術(shù)可以恢復(fù)故障。但是在利用冗余技術(shù)時應(yīng)考慮可靠性、容積、質(zhì)量三者之間的權(quán)衡關(guān)系，針對重點故障提出對應(yīng)的設(shè)計理論，從而提升可靠性。

②降額設(shè)計。

降額設(shè)計指系統(tǒng)內(nèi)硬件單元的承受能力低于本身額定值，即元件的使用保留適合裕度。在降額設(shè)計過程中不應(yīng)為了一味提升可靠性而降額導(dǎo)致元件性能浪費。實驗表明裕度過大反而降低系統(tǒng)可靠性。所以在設(shè)計過程中應(yīng)找到最優(yōu)解。

③EMC設(shè)計。

EMC即電磁兼容，指元件或者系統(tǒng)在電磁環(huán)境下運行狀態(tài)受的影響較小甚至可以忽略，提升該性能有利于提升可靠性提升，主要利用防靜電技術(shù)、防雷擊技術(shù)、防地電位升等方面考慮。

4 結(jié)論

本文通過總結(jié)電力系統(tǒng)繼電保護當前可靠性涉及的問題進行總結(jié)和分析，進一步歸納和分析提高繼電保護設(shè)備可靠性的意義和目標。分析影響可靠性的安全因素，并提出可靠性提升措施。

參考文獻

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