電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置可靠性試驗(yàn)評估研究

葉　峻,吳慶彤

(河南省南陽供電公司,河南 南陽 473000)

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電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置可靠性試驗(yàn)評估研究

葉峻,吳慶彤

(河南省南陽供電公司,河南 南陽 473000)

摘要:繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置是電力系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵組成部分，對整個(gè)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)和研究的目的在于確保產(chǎn)品安全和質(zhì)量，對繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置進(jìn)行可靠性試驗(yàn)和評估可以有效提高繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的質(zhì)量和運(yùn)作效率，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；自動(dòng)化裝置；可靠性

可靠性技術(shù)是一門全新的科學(xué)檢測技術(shù)，該技術(shù)將概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行整合，對產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行精密計(jì)算，旨在提高產(chǎn)品的質(zhì)量?？煽啃约夹g(shù)是研究與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的因素，如可靠性特征量、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性制造以及可靠性評估等方面，確保產(chǎn)品的可靠性?？煽啃约夹g(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)、研究、試驗(yàn)以及控制全過程，為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠保證。繼電保護(hù)是智能變電站運(yùn)行的核心程序，繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它具有分辨保護(hù)元件是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)的功能。自動(dòng)化裝置目的是對電力系統(tǒng)中運(yùn)行的設(shè)備實(shí)施監(jiān)控，自動(dòng)測試和調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的狀況，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

1　可靠性指標(biāo)體系

1.1　裝置的運(yùn)行

繼電保護(hù)裝置在智能變電站電力系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)中發(fā)揮著重要作用，一旦系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，繼電保護(hù)裝置就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，將障礙排除。繼電保護(hù)裝置為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了安全保障，因此，在整個(gè)智能變電站的運(yùn)營維護(hù)中，要注意加強(qiáng)繼電保護(hù)裝置的檢測、保養(yǎng)和維護(hù)工作，以保障繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。

自動(dòng)化裝置的功能體現(xiàn)在對電力系統(tǒng)中各設(shè)備的監(jiān)督和控制上，遠(yuǎn)程遙控是自動(dòng)化裝置的獨(dú)特優(yōu)勢，利用自動(dòng)化裝置，工作人員可以進(jìn)行遙測、遙調(diào)以及遙控等操作。

1.2　裝置的可靠性指標(biāo)

繼電保護(hù)裝置的種類較多，按照構(gòu)成原理的不同，可以分為機(jī)電型和靜態(tài)型兩種不同類型；按照輸入激勵(lì)量的不同可以分為單激勵(lì)量和多激勵(lì)量兩種類型。繼電保護(hù)裝置自身的特點(diǎn)以及電力系統(tǒng)的運(yùn)作性能決定了繼電保護(hù)裝置可靠性的高低，也決定了繼電保護(hù)裝置抗干擾能力的強(qiáng)弱。一般來說，評定繼電保護(hù)可靠性指標(biāo)的重要參數(shù)有以下幾個(gè)方面：

(1)成功率R：繼電保護(hù)裝置在規(guī)定條件下，完成指定任務(wù)的成功率。

(2)MTBF(Mean Time Between Failure)，平均故障間隔時(shí)間，指繼電保護(hù)裝置在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持某種功能的能力。

(3)MTTR：mean time to restoration，平均恢復(fù)時(shí)間，指繼電保護(hù)裝置從失效到恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需時(shí)間的平均值。

(4)有效度：有效度是指繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的有效程度，它是反映繼電保護(hù)裝置可靠性的綜合指標(biāo)。

圖1為繼電保護(hù)裝置的可靠性特性參數(shù)。

與繼電保護(hù)裝置不同，自動(dòng)化裝置屬于可維修產(chǎn)品，其可靠性指標(biāo)包括平均無故障時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間以及有效度如圖2所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置的可靠性特征參數(shù)圖

圖2 自動(dòng)化裝置的可靠性指標(biāo)圖

2　可靠性試驗(yàn)

2.1　試驗(yàn)條件

繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置可靠性試驗(yàn)對環(huán)境溫度和電源條件提出了較高的要求。環(huán)境溫度條件：該試驗(yàn)要求在溫度25 ℃、相對濕度在50%左右、大氣壓力在90～100 kPa的環(huán)境下進(jìn)行。電源條件：該實(shí)驗(yàn)要求交流電源為正弦波，且波形畸不超過2%，交流電源的頻率控制在49.5～50.5 Hz之間，交流分量控制在6%以內(nèi)。除此之外，三相電源必須要保持平衡。

2.2　試驗(yàn)方案及步驟

該實(shí)驗(yàn)主要是對裝置的MTBF(平均故障間隔時(shí)間)和成功率進(jìn)行可靠性測試，具體實(shí)驗(yàn)操作如下。

2.2.1MTBF(平均故障間隔時(shí)間)測試

該項(xiàng)測試采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，定數(shù)截尾實(shí)驗(yàn)是測試MTBF(平均故障間隔時(shí)間)的首選方式。表1為試驗(yàn)中MTBF的各類參數(shù)。

表1　MTBF(平均故障間隔時(shí)間)實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

嚴(yán)格來說，只有達(dá)到指定MTBF值的繼電保護(hù)裝置才可以算作是可靠的繼電保護(hù)裝置。截尾實(shí)效數(shù)的范圍最好選定在4～7之間，本實(shí)驗(yàn)將MTBF的值設(shè)定為M,且M值須為截尾實(shí)踐的倍數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)將通過抽樣進(jìn)行，試驗(yàn)樣品r應(yīng)該具有代表性，要確保其大小適中。一般來說，試驗(yàn)樣品r可依據(jù)批量大小R來確定。表2為一批合適的試驗(yàn)樣品數(shù)。

表2　合適的試驗(yàn)樣品數(shù)r

該實(shí)驗(yàn)須在持續(xù)通電的狀態(tài)下進(jìn)行，繼電保護(hù)裝置出口回路觸點(diǎn)的工作狀態(tài)可以準(zhǔn)確地反映該裝置的平均故障間隔時(shí)間，因此，應(yīng)該對繼電保護(hù)裝置出口回路觸點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

該實(shí)驗(yàn)中可人為設(shè)定：當(dāng)相關(guān)失效數(shù)小于截尾實(shí)效數(shù)時(shí)，該裝置可判為接收；當(dāng)相關(guān)失效數(shù)大于或等于截尾實(shí)效數(shù)時(shí)，該裝置可判為拒收。

2.2.2成功率試驗(yàn)

與MTBF試驗(yàn)一樣，成功率試驗(yàn)也采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，成功率試驗(yàn)將試驗(yàn)結(jié)果分為成功和實(shí)效兩種，成功代表該裝置具有較強(qiáng)可靠性；實(shí)效代表該裝置的可靠性能還有待改進(jìn)。

成功率試驗(yàn)也是通過抽樣試驗(yàn)的方式進(jìn)行，總的來說，成功率試驗(yàn)的試驗(yàn)樣品數(shù)與MTBF相同，因此，成功率試驗(yàn)可以和MTBF試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。表3為樣品成功率測試的各類參數(shù)。

表3　樣品成功率測試參數(shù)

該實(shí)驗(yàn)中規(guī)定：當(dāng)試驗(yàn)中出現(xiàn)的成功率值大于或等于規(guī)定的成功率值時(shí)，該裝置判定為接收；當(dāng)試驗(yàn)中出現(xiàn)的成功率值小于規(guī)定的成功率值時(shí)，該裝置判定為拒收。

3　可靠性試驗(yàn)的評估

產(chǎn)品的可靠性評估體系由MTBF評估、MTTR評估、故障率評估、成功率評估、正確動(dòng)作率評估以及不正確動(dòng)作率評估等構(gòu)成。只有對以上六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合測評，才能對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)化裝置的可靠性進(jìn)行科學(xué)評估。

(1)MTBF評估。MTBF評估主要是對裝置的平均故障間隔時(shí)間進(jìn)行估量，了解電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置在運(yùn)行中出現(xiàn)故障的時(shí)間。

(2)MTTR評估。MTTR評估主要是對裝置的平均恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行估量，掌握了解電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置自動(dòng)修復(fù)故障的能力。

(3)故障率評估。對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的故障率進(jìn)行評估目的在于了解和掌握該裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)性能及故障出現(xiàn)的頻率。

(4)成功率評估。成功率是指繼電保護(hù)裝置在規(guī)定條件下，成功完成指定任務(wù)的概率。成功率與平均故障時(shí)間值和平均修復(fù)時(shí)間值密切相關(guān)，三者間存在這樣的關(guān)系表達(dá)式：成功率=平均故障時(shí)間值/(平均故障時(shí)間值+平均修復(fù)時(shí)間值)。

(5)正確動(dòng)作率。正確動(dòng)作率由正確動(dòng)作次數(shù)和動(dòng)作進(jìn)行的次數(shù)決定，其關(guān)系表達(dá)式為：正確動(dòng)作率=正確動(dòng)作次數(shù)/動(dòng)作總次數(shù)。

(6)不正確動(dòng)作率。不正確動(dòng)作率由不正確動(dòng)作次數(shù)和動(dòng)作進(jìn)行的次數(shù)決定，其關(guān)系表達(dá)式為：不正確動(dòng)作率=不正確動(dòng)作次數(shù)/動(dòng)作總次數(shù)。

4　結(jié)束語

繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置進(jìn)行可靠性測試是確保繼電保護(hù)和自動(dòng)化裝置安全運(yùn)轉(zhuǎn)的有效途徑。

在對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置進(jìn)行可靠性測試和評價(jià)時(shí)，一定要采用科學(xué)、合理的試驗(yàn)方式，對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測試和詳細(xì)分析，確保試驗(yàn)的可靠性和科學(xué)性。對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置進(jìn)行可靠性測試能促進(jìn)其平穩(wěn)運(yùn)行，也將促進(jìn)整個(gè)電力系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展。

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吳慶彤(1977-)，河南南陽人，大專，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

研制開發(fā)

Research on Reliability Test and Assessment for Relay Protection

and Automation Device of Power System

YE Jun, WU Qing-tong

(Nanyang Power Supply Company of State Grid, Nanyang 473000, China)

Abstract:Relay protection and automation devices are key components of power system which play an important role in stable and safe operation of the whole power system. Reliability test and research of products aim at guarantying safety and quality of products. By the same token, reliability test and assessment of relay protection and automation devices will lead to better quality and operating efficiency of them which can ensure reliable and normal operation of power system.

Key words:power system; relay protection; automation device; reliability

中圖分類號(hào)：TM77

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3664(2015)02-0044-03

作者簡介：葉峻(1974-)，河南南陽人，本科，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化；

收稿日期：2014-11-13