繼電保護(hù)可靠性及其風(fēng)險(xiǎn)評估

初曉晨

摘要：電能在人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步中起到重要的保障作用與推動(dòng)作用，尤其在當(dāng)今這個(gè)時(shí)代，更是人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)中不可或缺的能源供應(yīng)。此種情況下，保證電力供應(yīng)穩(wěn)定、安全就成了電力部門首要關(guān)注的問題。文章對繼電保護(hù)的可靠性以及存在風(fēng)險(xiǎn)的評估問題展開了分析。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；可靠性；風(fēng)險(xiǎn)評估；電力風(fēng)險(xiǎn)；電力能源供應(yīng)；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：F270 文章編號：1009-2374（2016）16-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.066繼電保護(hù)就是在監(jiān)測電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，以諸如電流量異常增加、電壓異常降低和測量抗阻異常等電氣量變化為依據(jù)來判斷所保護(hù)單元是處于正常運(yùn)行狀態(tài)，還是處于異常運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有故障發(fā)生后會(huì)根據(jù)對故障發(fā)生點(diǎn)和故障類型的判斷來執(zhí)行切斷相應(yīng)故障點(diǎn)的操作，以保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，并及時(shí)向值班人員發(fā)出警報(bào)。由此可以看出，繼電保護(hù)是根據(jù)監(jiān)測值來進(jìn)行故障判斷，并自動(dòng)采取保護(hù)措施的，所以存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦判斷失誤，執(zhí)行了錯(cuò)誤的保護(hù)操作，極易引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。為此，對繼電保護(hù)進(jìn)行必要的風(fēng)險(xiǎn)評估，提高其可靠性尤為重要。

1 繼電保護(hù)可靠性及其評價(jià)指標(biāo)

1.1 繼電保護(hù)可靠性

繼電保護(hù)可靠性是指當(dāng)需要?jiǎng)幼鞯臅r(shí)候其一定會(huì)發(fā)生動(dòng)作，不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)絕不執(zhí)行動(dòng)作，保證不會(huì)有拒絕動(dòng)作和動(dòng)作失誤的情況出現(xiàn)。具體來說就是以保護(hù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行為前提，一旦處于保護(hù)范圍的電氣設(shè)備某處發(fā)生故障，繼電保護(hù)就會(huì)立即發(fā)出警報(bào)或信號，自動(dòng)跳閘，切斷故障點(diǎn)，即可依賴性；如果被保護(hù)區(qū)域內(nèi)對象未發(fā)生故障，設(shè)備處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，繼電保護(hù)絕不在沒有選擇的情況下執(zhí)行錯(cuò)誤動(dòng)作，即安全性。此外，雖然繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)拒絕動(dòng)作或錯(cuò)誤動(dòng)作的原因并不一定是因?yàn)橄到y(tǒng)當(dāng)中存在一些小缺陷，但統(tǒng)計(jì)繼電保護(hù)系統(tǒng)自身的缺陷信息也屬于繼電器可靠性的研究范疇，因?yàn)槠鋾?huì)對繼電保護(hù)系統(tǒng)額定任務(wù)的完成產(chǎn)生必然影響。為此，鑒于繼電保護(hù)系統(tǒng)極易出現(xiàn)缺陷、拒絕動(dòng)作和錯(cuò)誤動(dòng)作，所以要將這些缺陷數(shù)據(jù)搜集起來作為繼電保護(hù)裝置可靠性評價(jià)中的一個(gè)方面，對其進(jìn)行全面深入的分析。

當(dāng)前階段常用的計(jì)算繼電保護(hù)可靠性的方法有GO法、Markov模型法、狀態(tài)空間法以及故障樹法等，且無論是從長期平均可靠性角度出發(fā)進(jìn)行評估，還是從運(yùn)行角度對短期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測，都需要分別從可能性與后果兩方面對可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)做出充分、全面的評估。

1.2 評估指標(biāo)

從繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置的工作原理中可以看出，拒絕動(dòng)作和錯(cuò)誤動(dòng)作是反映繼電保護(hù)可靠性兩個(gè)最主要的方面，所以要以這兩個(gè)方面為主線將包含系統(tǒng)完整度和設(shè)備可靠性、功能可靠性等多個(gè)方面在內(nèi)的電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)確定出來，據(jù)此可以把如下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為衡量繼電保護(hù)可靠性的指標(biāo)：（1）概率表示。系統(tǒng)、設(shè)備或元件于規(guī)定時(shí)間、額定時(shí)間之內(nèi)能夠完成額定功能的概率；（2）時(shí)間表示。MTTF，從設(shè)備使用到故障發(fā)生的平均時(shí)間；MTBF，故障平均時(shí)間等；（3）頻率表示。于一定時(shí)間之內(nèi)能夠統(tǒng)計(jì)出來的可修復(fù)性系統(tǒng)或是一定時(shí)間內(nèi)元件正確動(dòng)作與總動(dòng)作次數(shù)之間的次數(shù)比。

此外，建立繼電保護(hù)可靠性指標(biāo)的時(shí)候不僅要將繼電保護(hù)裝置自身功能考慮在內(nèi)，還要將繼電保護(hù)裝置的特定應(yīng)用條件以及環(huán)境條件反映出來。

2 繼電保護(hù)可靠性的影響因素

2.1 裝置的硬件方面

微機(jī)保護(hù)也好，全數(shù)字化的保護(hù)裝置也好，本質(zhì)上都是由一個(gè)包括若干電子設(shè)備以及軟件在內(nèi)的有機(jī)整體。所以一旦電子設(shè)備遭到損壞或是出現(xiàn)老化問題，都會(huì)使繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)規(guī)定條件下規(guī)定功能的完成能力受到最直接的影響。以全數(shù)字化的保護(hù)裝置為例，相較于微機(jī)保護(hù)，其硬件結(jié)構(gòu)更為簡單一些，但是因?yàn)橛懈嗟妮敵鼋涌诤凸饫w輸入接口在全數(shù)字保護(hù)裝置之中，所以在可靠性方面又給其帶來了新的問題，如果光口由于發(fā)熱等原因出現(xiàn)損壞，就會(huì)對采樣值輸入以及保護(hù)跳閘輸出產(chǎn)生直接的影響。

此外，運(yùn)行維護(hù)水平和運(yùn)行環(huán)境也會(huì)對繼電保護(hù)的硬件系統(tǒng)可靠性造成一定程度的干擾。比如，運(yùn)行環(huán)境中的溫度、元件涂層、灌封材料和密封化合物以及填充料會(huì)在溫度變化的影響下分別出現(xiàn)涂層脫落、龜裂或外殼完全裂開以及外漏等情況，進(jìn)而降低元件電性能。需要指出的是，不同材質(zhì)的產(chǎn)品在溫度變化影響下會(huì)出現(xiàn)不同的反應(yīng)，同樣其對繼電保護(hù)裝置和系統(tǒng)可靠性造成的影響也有所不同。又比如，如果系統(tǒng)所處運(yùn)行環(huán)境較為潮濕，那么就會(huì)引發(fā)裝置材料的化學(xué)性能、機(jī)械性能發(fā)生變化，比如機(jī)體膨脹、機(jī)械強(qiáng)度減弱、密封產(chǎn)品密封性降低等。

2.2 繼電保護(hù)裝置自身質(zhì)量問題

某些繼電保護(hù)裝置的生產(chǎn)廠家在利益的驅(qū)動(dòng)下會(huì)生產(chǎn)一些質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，使得裝置本身出廠時(shí)在配置與調(diào)試上就存在各種問題，再加上很多時(shí)候企業(yè)方面的工作人員為了省事，往往都不會(huì)在裝置驗(yàn)收、安裝環(huán)節(jié)進(jìn)行二次檢測，留下安全隱患。

2.3 裝置的軟件方面

如果說硬件為保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)提供了平臺(tái)，那么軟件算法就是保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的核心，也就是說繼電保護(hù)系統(tǒng)是否能夠正常開展工作在很大程度上會(huì)受到軟件可靠性的直接影響，而軟件的可靠性則主要受原理性能、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)使用以及系統(tǒng)輸入等因素影響。

2.4 電磁干擾

微機(jī)保護(hù)裝置是近些年來電力系統(tǒng)比較常用的一種繼電保護(hù)方式，具有準(zhǔn)確率高、操作方便等優(yōu)勢，從現(xiàn)階段的發(fā)展形勢來看，其很有可能取代其他保護(hù)裝置。但缺點(diǎn)是在其運(yùn)行的過程中會(huì)有電磁場產(chǎn)生，繼電保護(hù)的可靠性很容易受到電磁波的干擾，產(chǎn)生不利影響。

2.5 濾波

能夠?yàn)V除掉信號中特定波段頻率的就是濾波，對于外界干擾有極強(qiáng)的防止作用和抑制作用。源自通信理論的濾波還指以觀察得到的某個(gè)隨機(jī)過程結(jié)果為依據(jù)，估計(jì)另一個(gè)與其有關(guān)的隨機(jī)過程概率的理論、方法，可以從包含干擾信號在內(nèi)的信號中將有用信號提取出來。一般情況下，外部干擾進(jìn)入的途徑都是接線端子，所以為了抑制干擾源，可以于各個(gè)外接端子處對接一個(gè)適宜的電容器。

2.6 二次回路

當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的二次回路中有線路裸露在外，引發(fā)接地連接或元件連接處接觸不良、松動(dòng)或是線路絕緣出現(xiàn)老化等，都會(huì)影響到繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性。在全數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)中，二次電纜被高速網(wǎng)絡(luò)所替代，使二次回路能夠進(jìn)行自我監(jiān)測。當(dāng)處于保護(hù)裝置與電子互感器二者之間的交換機(jī)或光纖鏈路出現(xiàn)斷鏈或其他故障問題時(shí)，保護(hù)裝置在接收不到報(bào)文后會(huì)發(fā)出及時(shí)警告；當(dāng)保護(hù)裝置和斷路器間有斷鏈或故障問題出現(xiàn)時(shí)，斷路器上的智能終端會(huì)發(fā)出及時(shí)警告，有了此項(xiàng)技術(shù)的支持，在很大程度上避免了二次回路對繼電保護(hù)可靠性造成的影響。

3 繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評估

所謂風(fēng)險(xiǎn)評估，就是對風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生后造成的影響、損失進(jìn)行評估，既包括風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的概率，又包括事故發(fā)生可能引發(fā)的后果。實(shí)際上，風(fēng)險(xiǎn)評估的主要對象是風(fēng)險(xiǎn)事件所引發(fā)的消極影響，并在綜合考慮概率和引發(fā)后果的基礎(chǔ)上對確定性分析方法與概率分析方法進(jìn)行了延伸，既能夠評估單個(gè)設(shè)備，又能夠評估整個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)前階段比較常用于電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評估辦法有解析法和模擬法兩種，相較于其他風(fēng)險(xiǎn)評估的方法，這兩種方式有更高的可靠性。

原理更簡單一些的模擬法并沒有太多的限制因素，較適用于大型系統(tǒng)可靠性的評估；有清晰概念與明確邏輯關(guān)系的解析法雖然有很高的模擬精確度，但并不適合對那些較復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評估，難以構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。所以實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候往往為了獲得更準(zhǔn)確的評估結(jié)果將兩種方法綜合起來利用。需要注意的是，風(fēng)險(xiǎn)評估中最關(guān)鍵的部分是識(shí)別安全事故危害，只有將蘊(yùn)含于工作程序、場地、環(huán)境以及材料中的所有危險(xiǎn)因素識(shí)別出來，并檢查好電器安全裝置和安全事故報(bào)警裝置，才能夠?qū)γ總€(gè)可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評估和控制。也就是將所有安全事故危害都找到，進(jìn)而以評估結(jié)果為依據(jù)找出存在于電力系統(tǒng)內(nèi)的薄弱部分，以便及時(shí)采取適當(dāng)預(yù)防措施。

4 結(jié)語

從短期來看，電能的供應(yīng)是否穩(wěn)定、安全，直接影響著人們正常的生產(chǎn)生活，從長遠(yuǎn)角度來看，電能對整個(gè)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步起著積極的帶動(dòng)作用。為此，十分有必要對能夠有效保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的繼電保護(hù)存在風(fēng)險(xiǎn)以及影響可靠性因素進(jìn)行深入研究，切實(shí)提高繼電保護(hù)的可靠性。

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