繼電保護可靠性分析及風(fēng)險管理措施探討

李隆達

摘要：繼電保護是電力系統(tǒng)的重要組成，繼電保護的可靠性是電力系統(tǒng)正常運行的基本保障。筆者首先介紹了繼電保護可靠性的含義，并根據(jù)繼電保護的特點分析了可靠性分析技術(shù)及可靠性評價指標(biāo)，最后在此基礎(chǔ)上討論了風(fēng)險管理措施，對企業(yè)加強繼電保護有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：繼電保護；可靠性；風(fēng)險管理；評估

0 引言

隨著國家工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度和運行效率也得到了大幅提升，這為系統(tǒng)運行的可靠性和安全性帶來隱患。由于電網(wǎng)規(guī)模、分布差異性越來越大，產(chǎn)生故障的因素也越來越多，電力市場的開放，也為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。新能源電力在近年來也得到了較快的發(fā)展，系統(tǒng)二次設(shè)備工作的重要性愈發(fā)明顯。繼電保護是電力系統(tǒng)的首道防線，繼電保護的可靠性對于確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作有重要意義。

1 繼電保護可靠性的含義及特點

繼電保護可靠性指的是元器件在預(yù)定時間內(nèi)，確定條件下實現(xiàn)一定功能的能力?？煽啃员旧硪彩且婚T學(xué)科，從安全性、質(zhì)量和可修性等方面評價一件產(chǎn)品或者一套系統(tǒng)。從上述繼電保護可靠性的定義可以看出，影響繼電保護可靠性的主要有三個因素。即時間、條件和功能實現(xiàn)。研究繼電保護可靠性應(yīng)當(dāng)分為兩個層次：組件和系統(tǒng)。

繼電系統(tǒng)是一種可修復(fù)性的系統(tǒng)，因此具備以下特點：①工作環(huán)境是動態(tài)的，可靠性的研究符合隨機性原則；②影響因素多，進行模擬計算時難度較高；③可靠性研究需要同時考慮誤動失效和拒動失效，兩者有分別可以分成可檢測和不可檢測。

2 影響繼電保護可靠性的因素

研究影響繼電保護可靠性因素需要分別從硬件、軟件和人為因素三個方面分析，裝置硬件主要包括電子設(shè)備等，通過利用光纖進行輸入，可以有效提高可靠性。裝置軟件中主要依靠軟件算法進行保護，軟件只能從原理、軟件設(shè)計等方面確?？煽啃浴６位芈肥怯绊懤^電保護可靠性的重要因素，一旦二次回路出現(xiàn)故障，會直接影響整個系統(tǒng)。目前采用的二次回路自帶監(jiān)控功能，一旦出現(xiàn)故障，將第一時間發(fā)出警報，將損失降至最低。分析繼電保護可靠性主要依據(jù)可靠度、可用度、失效密度、失效率、MTBF、修復(fù)分布函數(shù)、修復(fù)密度、修復(fù)率、MTTR等指標(biāo)進行分析。

3 繼電保護失效類型

為了提高繼電保護可靠性，需要對繼電保護失效機理有足夠的了解。目前繼電保護的失效形式主要分為硬件失效、原理性失效和環(huán)境干擾失效。硬件失效主要是保護裝置本身出現(xiàn)問題、二次回路發(fā)生故障等，一般用GO法可以診斷硬件失效。原理性失效主要是軟件出現(xiàn)差錯。環(huán)境干擾失效包括人為干擾和天氣干擾，前者主要是對設(shè)備進行了錯誤操作，后者則是復(fù)雜的氣候天氣條件對繼電保護產(chǎn)生影響。

4 風(fēng)險管理的含義

提出風(fēng)險的概念主要是為了對小概率事件進行研究，最大程度確保電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。風(fēng)險管理是在繼電保護可靠性出現(xiàn)問題之后，對該風(fēng)險產(chǎn)生的不良影響及造成的經(jīng)濟損失實現(xiàn)量化評價的工作。風(fēng)險管理工作包括風(fēng)險識別、風(fēng)險評估和風(fēng)險控制這三個主要步驟。風(fēng)險管理是建立在繼電保護可靠性分析之上的，通常采用解析法和仿真法，前者側(cè)重于根據(jù)系統(tǒng)中的參數(shù)搭建數(shù)學(xué)模型，然后確定各個指標(biāo)，這種方法是一種精確算法，通過簡化條件，得到置信度較高的結(jié)果，但是在處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題時將會變得十分繁瑣，繁雜的建模和龐大的計算量對計算的精確度都會產(chǎn)生很大阻礙。仿真法則是實際過程進行模擬，用模擬的方法得出各項指標(biāo)，仿真法相比解析法約束條件更少，在復(fù)雜的系統(tǒng)分析時經(jīng)常取得良好的分析效果。

5 繼電保護可靠性評價模型

除了第3節(jié)介紹的GO法外，故障樹解析法和Markov法也經(jīng)常運用于可靠性評價。故障樹法以最小割集作為計算原點，并以此推出系統(tǒng)概率。GO法是在故障樹解析法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的實用性更強的評價方法，在進行數(shù)據(jù)分析時更加直觀和明確。GO法的分級過程是從定義系統(tǒng)出發(fā)，經(jīng)歷確定邊界、成功準(zhǔn)則、建立GO圖、輸入數(shù)據(jù)、進行GO運算到最后得到評價。

6 繼電保護風(fēng)險評估

在對繼電保護進行風(fēng)險評估時，要保證時效性和準(zhǔn)確性，必須不斷優(yōu)化評估流程，通過動態(tài)的保護動作對各階段的繼電保護失效進行管理，全面地監(jiān)控電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

6.1 制定風(fēng)險評估方案

繼電保護風(fēng)險評估的任務(wù)是降低系統(tǒng)失效的發(fā)生概率，并將失效帶來的損失量化、具體化，便于定量分析?？茖W(xué)的風(fēng)險管理要求評估方案包括可靠性模型、評估具體流程、失效損失程度等級和風(fēng)險指標(biāo)的計算方法。筆者搭建的繼電保護系統(tǒng)風(fēng)險評估方案包括電網(wǎng)拓撲信息、基本數(shù)據(jù)模塊、失效模式分解、故障分析板塊和一次系統(tǒng)分析板塊。

6.2 風(fēng)險評估指標(biāo)

由于不同繼電保護失效形式不同，因此失效發(fā)生的概率也不盡相同。除了用概率來表征失效外，還需要確定某個量值對失效損失的程度進行表示。通常電力系統(tǒng)用充裕性評估指標(biāo)和安全性評估指標(biāo)。前者包含LOLP、EENS、ELC等，后者則包括PLOS、MTTIS、PDLC等。由于繼電保護失效將對一次系統(tǒng)產(chǎn)生極大的不利，所以把失效造成一次系統(tǒng)改變看為衡量。

6.3 保護系統(tǒng)運行風(fēng)險指標(biāo)

運行風(fēng)險指標(biāo)包括絕對風(fēng)險指標(biāo)和相對風(fēng)險指標(biāo)。為了評價失效產(chǎn)生損失的程度，通常用到損失負荷的概念。損失負荷通常用最優(yōu)潮流法進行求解，軟件使用MATPOWER。

6.4 風(fēng)險評估流程

首先進行拓撲分析、潮流計算、整定計算并讀取相關(guān)值，對運行的狀態(tài)進行估計。以電網(wǎng)拓撲為基礎(chǔ)，然后實現(xiàn)繼電保護系統(tǒng)失效分析，得到硬件系統(tǒng)可靠性，計算誤動概率。再完成系統(tǒng)狀態(tài)分析、計算負荷損失。最后進行風(fēng)險評估，如果誤動源沒有遍歷完畢，則返回進行計算誤動概率。

目前繼電保護風(fēng)險管理過程仍然處于初級階段，評估效果很難達到預(yù)期效果。為了提高繼電保護可靠性，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化風(fēng)險評估過程，提高風(fēng)險評估準(zhǔn)確度，突破一次系統(tǒng)的約束，搭建起能夠綜合分析一次、二次系統(tǒng)的評估模型。

7 小結(jié)

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，繼電保護逐漸凸顯出智能化、系統(tǒng)化的特征，提高繼電保護可靠性是確保整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，由于各種原因繼電保護系統(tǒng)可能會發(fā)生失效現(xiàn)象，對電力系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生不良影響。必須加強繼電保護可靠性的研究，優(yōu)化風(fēng)險評估過程，通過開發(fā)更加完善的可靠性和風(fēng)險評估程序，為電力行業(yè)的發(fā)展注入新活力。

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