基于故障樹分析法的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

王劍初

摘要：隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在逐漸增大。在在覆蓋面不斷擴(kuò)大的同時(shí)，人們對(duì)電力系統(tǒng)可靠性也具有了更高的要求。在本文中，將就基于故障樹分析法的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：故障樹分析法；繼電保護(hù)；系統(tǒng)可靠性；

1 引言

在現(xiàn)今社會(huì)中，電力對(duì)于人們的生活具有非常重要的意義，電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及安全性也將直接對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)所具有的結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜，并因此使人們對(duì)其所具有的可靠性具有了更高的關(guān)注。目前，我國(guó)對(duì)于變壓器、電網(wǎng)以及機(jī)組的一次設(shè)備可靠性已經(jīng)具有了較高的研究水平，并從最初的研究、評(píng)價(jià)逐漸深入到標(biāo)準(zhǔn)的建立。而對(duì)于電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)、自動(dòng)裝置以及繼電保護(hù)等，是否能夠有選擇性、正確、自動(dòng)的對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行切除，以此使電力系統(tǒng)安全性得到了提升，則成為了非常重要的一項(xiàng)工作，同時(shí)也是以往我國(guó)電力系統(tǒng)研究過程中存在的空白區(qū)域。近年來，我國(guó)在電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)可靠性研究的實(shí)踐以及理論方面存在著較大的差異，其中，繼電保護(hù)可以說是非常重要的一項(xiàng)設(shè)備，其不僅直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，如果在問題發(fā)生時(shí)沒有進(jìn)行正確的動(dòng)作甚至?xí)U(kuò)大電力系統(tǒng)故障，并因此引發(fā)電力系統(tǒng)崩潰情況，很可能因此在造成較大范圍停電的同時(shí)對(duì)社會(huì)帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免上述情況的出現(xiàn)，就需要我們能夠做好繼電保護(hù)可靠性的研究。

2 繼電保護(hù)可靠性模型

對(duì)于電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)來說，其由測(cè)量裝置、二次回路、斷路器操作機(jī)構(gòu)以及繼電保護(hù)裝置所組成的，對(duì)于目前的計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)來說，其可以分為硬件以及軟件兩大部分，我們可以根據(jù)系統(tǒng)分類情況對(duì)可靠性影響因素進(jìn)行尋找，并在一定的分析基礎(chǔ)上對(duì)其計(jì)算模型進(jìn)行建立，之后，則可以通過馬爾科夫狀態(tài)法的應(yīng)用對(duì)其失效率以及可用度進(jìn)行求出。

2.1 硬件失效因素

硬件系統(tǒng)方面，其由繼電保護(hù)裝置、輔助裝置、電流互感器、電壓互感器以及二次回路等組成的：第一，對(duì)于繼電保護(hù)裝置來說，其本質(zhì)為一臺(tái)較為特殊的計(jì)算機(jī)設(shè)備，分為以下幾個(gè)模塊：中央處理模塊、模擬量輸入模塊、通信模塊、人機(jī)接口模塊、數(shù)字量輸入模塊以及數(shù)字量輸出模塊；第二，二次回路。二次回路在實(shí)際應(yīng)用中很容易出現(xiàn)線路裸露、絕緣老化以及元件接觸不良等問題，并因此使線路出現(xiàn)故障；第三，電壓電流互感器。對(duì)于該設(shè)備來說，其在運(yùn)行中可能出現(xiàn)接線連接松動(dòng)以及二次接線錯(cuò)誤等情況，在這種情況下，就需要互感器引出端子具有正確的極性，并保證電壓互感器以及電流互感器二次端子到保護(hù)裝置的接線具有正確性；第四，輔助裝置。該裝置可以分為三相操作繼電器箱、分相操作繼電器箱以及交流電壓切換箱等，其能夠作為斷路器操作以及二次回路切換的輔助裝置，能夠?qū)嗦菲髟O(shè)備的控制操作進(jìn)行滿足；第五，裝置通道以及通信接口。其包括縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的光纖、高頻保護(hù)的收發(fā)訊機(jī)以及自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口等元件，對(duì)于這部分設(shè)備來說，在整個(gè)系統(tǒng)中為較為薄弱的環(huán)節(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中很容易使通信遭到阻斷，并對(duì)裝置的正確動(dòng)作產(chǎn)生影響；第六，斷路器。斷路器在可靠性方面也不強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中，其同繼電保護(hù)系統(tǒng)能否完全的配合工作將對(duì)故障的切除有效性產(chǎn)生影響。

為了能夠?qū)τ绊懕Ｗo(hù)失效問題進(jìn)行更為深入的研究，我們以故障樹分析法將硬件失效分成兩個(gè)部分，即斷路器失效以及保護(hù)失效。首先，我們?cè)O(shè)A保護(hù)正確，B表示斷路器正確，系統(tǒng)失效情況則可以表示為 ，在此基礎(chǔ)上，我們可以得到該硬件系統(tǒng)故障樹為：

圖1 硬件失效故障樹

在上圖中，我們分別對(duì)以下事件進(jìn)行了設(shè)置：事件1表示斷路器可靠性動(dòng)作率；事件2表示斷路器失效；事件3表示接線以及二次回路失效；事件4表示輔助裝置失效；事件5表示電壓電流互感器失效；事件6表示裝置通道接口以及裝置通信失效；事件7表示繼電保護(hù)裝置失效。之后，我們分別設(shè)x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7來表示上述7個(gè)事件的失效率，并通過下行法對(duì)其最小隔集進(jìn)行求出，則可以得到硬件失效率為：

其中，不同模塊所具有的概率重要度如下表所示：

表1 不同模塊概率重要度

從上表可以看到，在不同模塊概率中，保護(hù)裝置所占據(jù)的比例值最大，其次則為二次回路。當(dāng)其在整個(gè)模塊中所具有的比例越大時(shí)，在硬件系統(tǒng)失效情況中的作用也就越大。從這里我們則可以了解到，保護(hù)裝置是引起硬件系統(tǒng)出現(xiàn)失效情況最主要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也為整個(gè)硬件系統(tǒng)中最為薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2 軟件失效因素

在計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備中，軟件算法可以說是對(duì)保護(hù)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的重要科信，如果軟件出錯(cuò)，將會(huì)使保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動(dòng)或者誤動(dòng)現(xiàn)象。有以下因素可能使軟件出現(xiàn)錯(cuò)誤：第一，由于沒有對(duì)需求分析進(jìn)行準(zhǔn)確的定義而使用戶同軟件開發(fā)人員對(duì)實(shí)際需求具有不同的理解；第二，軟件在算法原理方面存在的不足或者在設(shè)計(jì)上存在失誤情況；第三，編碼出現(xiàn)錯(cuò)誤；第四，定制輸入發(fā)生錯(cuò)誤；第五，測(cè)試不規(guī)范。在對(duì)軟件可靠性進(jìn)行研究時(shí)，我們可以將軟件可靠性視作一種隨機(jī)的過程，并通過可用概率的分布情況對(duì)其進(jìn)行描述。同時(shí)，我們也需要了解到，系統(tǒng)硬件與軟件在可靠性上也存在著較大的不同：對(duì)于硬件來說，其存在著較為嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，其所具有的可靠性將隨著時(shí)間的增加而逐漸降低，而對(duì)于軟件而言，其在具體使用中則不會(huì)存在老化現(xiàn)象，且其所具有的失效問題也會(huì)在我們對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試、運(yùn)行的過程中得到排除。而在硬件可靠性方面，則同其內(nèi)部的元器件具有著較為密切的關(guān)聯(lián)，而軟件可靠性則主要取決于自身復(fù)雜程度以及軟件在設(shè)計(jì)上存在的問題等。對(duì)此，對(duì)于軟件可靠性進(jìn)行測(cè)量以及建模同硬件相比更加具有挑戰(zhàn)性。在對(duì)軟件模型影響因素進(jìn)行分析后，我們可以得到下述公式：

其中，θ代表故障減少率系數(shù)；u代表軟件系統(tǒng)在運(yùn)行過程中累計(jì)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤數(shù)；λ0代表初始故障概率。

3 結(jié)束語

在我國(guó)現(xiàn)今城市規(guī)模、工業(yè)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，城市電力供應(yīng)的穩(wěn)定性將直接對(duì)城市企業(yè)、居民的生活、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響，具有非常重要的意義。在上文中，我們對(duì)基于故障樹分析法的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了一定的研究與分析，具有較好的研究意義以及應(yīng)用價(jià)值，需要我國(guó)電力部門能夠在今后工作開展中能夠更好的把握重要參數(shù)，在對(duì)重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行良好控制的基礎(chǔ)上保障電力的穩(wěn)定供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

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