220 kV 及以上電壓輸電線路的繼電保護(hù)可靠性及狀態(tài)檢修

彭東虎，石 瑞，王廣躍，郭振華

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司滁州供電公司，安徽 滁州 239000）

0 引 言

隨著人們生活水平的提高，電力已經(jīng)成為人們生活中重要的部分。一般生產(chǎn)生活使用電源都是220 kV的電壓，所以人們對(duì)200 kV 段的電壓要求比較嚴(yán)格。此外，繼電保護(hù)作為電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，通過檢測(cè)其運(yùn)行效果并進(jìn)行修復(fù)，以防止輸電線路出現(xiàn)故障問題。

1 輸電線路負(fù)載電壓為220 kV 或超過220 kV 時(shí)的繼電保護(hù)可靠性分析

1.1 繼電保護(hù)基礎(chǔ)組件的可靠性分析

220 kV 或超過220 kV 輸電線路中的繼電保護(hù)設(shè)施的基礎(chǔ)組件主要有：繼電保護(hù)單元、設(shè)備間的多種接口和通信通道、二次回路單元、部分互感器以及輔助裝置等[1-2]。繼電器保護(hù)基礎(chǔ)組件故障主要有斷路器故障和組件失效兩種。圖1 為根據(jù)兩種故障所建立的繼電保護(hù)基礎(chǔ)組件故障樹模型。

R1、R2分別是用來表示繼電保護(hù)組件中的斷路器缺損和保護(hù)元件缺損；①、②則表示或門和與門邏輯；P1為斷路器的損壞問題；P2為斷路器狀態(tài)良好；P3為電壓電流互感器損壞問題；P4為二次回路損壞問題；P5為繼電保護(hù)組件損壞問題；P6為各個(gè)設(shè)備間的接口和通信通道；P7為輔助設(shè)備損壞問題。

圖1 繼電保護(hù)基礎(chǔ)組件故障樹模型

以A表示斷路器狀態(tài)良好，以表示斷路器損壞，以B表示保護(hù)裝置狀態(tài)良好，以*B表示保護(hù)措施損壞，因此組件故障可以表示為：

設(shè)P1到P7這七種情況分別表示P1到P7發(fā)生的概率，依據(jù)故障模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

對(duì)式（2）進(jìn)行分析可知，要確定220 kV 和超過220 kV 輸電線路的繼電保護(hù)組件的基礎(chǔ)元件部分的失效概率，就要確定各個(gè)組件故障的發(fā)生概率。健康指數(shù)通常用來表示整體組件運(yùn)行是否可靠，這一數(shù)據(jù)需要對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行檢測(cè)并通過計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

其中，PS用于表示組件發(fā)生故障的概率；K表示為比例系數(shù)；C為曲率系數(shù)；H1表示健康系數(shù)。

1.2 繼電保護(hù)運(yùn)行軟件可靠性分析

220 kV 或超過220 kV 以上輸電線路的繼電保護(hù)設(shè)施中的軟件主要起到保護(hù)繼電裝置的作用，如果軟件程序出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置暫停運(yùn)行。依據(jù)軟件的功能，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，從而計(jì)算出軟件的故障率，依據(jù)故障率來判斷輸電線路保護(hù)裝置的可靠性，具體公式如下：

其中，λ為軟件故障率；λ0為軟件的初始故障率；μ表示軟件運(yùn)行的總錯(cuò)誤數(shù)量；θ表示故障縮減系數(shù)。

2 可靠性影響因素解析

2.1 繼電保護(hù)組件可靠性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

微軟曾經(jīng)發(fā)布過一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。此數(shù)據(jù)庫的組成單元分別為：表、報(bào)表、頁、宏、查詢、模塊、窗體等。此系統(tǒng)的作用是將大量的數(shù)據(jù)源進(jìn)行整合，完善數(shù)據(jù)對(duì)接功能及數(shù)據(jù)共享更新[2-3]。此數(shù)據(jù)庫的計(jì)算能力和分析能力十分強(qiáng)勁，可以快速處理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

研究保護(hù)組件的可靠性需要依靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因此在收集數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行篩選，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾的情況。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要憑借數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，處理繼電保護(hù)組件的初始數(shù)據(jù)，對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行分析，從而收集正確的數(shù)據(jù)。

2.2 模型內(nèi)部變量分析

對(duì)數(shù)據(jù)庫模型的內(nèi)部變量進(jìn)行分析，分析的變量主要有如下3 種：周期性檢查效率、狀態(tài)審核效率、工人修理效率。這3 種變量的變化會(huì)影響保護(hù)組件的可靠性測(cè)量，保護(hù)組件的可用度計(jì)算公式如下：

其中，MTBF狀態(tài)可靠的平均無故障時(shí)間；MTTD為平均檢查時(shí)間；MTTR為工人平均修理時(shí)間。

根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算分析可知，繼電保護(hù)組件的可用度大小伴隨工人修理效率和狀態(tài)審核效率的提升而增大。因此運(yùn)用狀態(tài)修理組件的可用度要大于定期修理組件的可用度。

3 繼電保護(hù)組件狀態(tài)檢修

繼電保護(hù)組件狀態(tài)修理要憑借組件的歷史運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和當(dāng)下運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)同樣需要進(jìn)行分析和處理，從而確定實(shí)際檢修方案[4]。

3.1 繼電保護(hù)組件的可靠性受檢修期長(zhǎng)短的影響

繼電保護(hù)組件的失效概率通常為一個(gè)確定常數(shù)，由于故障隨機(jī)發(fā)生，且呈指數(shù)分布，所以繼電保護(hù)組件的失效率隨著檢修時(shí)間的縮短而上升，并導(dǎo)致可靠性下降。

對(duì)修理周期進(jìn)行分析可以了解到，當(dāng)修理周期為零時(shí)，組件只檢修不保護(hù)，此時(shí)組件的可用度為零；當(dāng)增加修理周期也保持修理時(shí)間不變時(shí)，繼電器保護(hù)組件的作用會(huì)逐漸消失，所以要明確一個(gè)合適的修理周期，來維持繼電保護(hù)組件的可靠性[5]。

3.2 組件可靠性的狀態(tài)修理

3.2.1 串聯(lián)繼電保護(hù)組件可靠性計(jì)算

構(gòu)建此類型組件模型較為簡(jiǎn)單，只需要將各個(gè)元件進(jìn)行串聯(lián)即可，但問題在于任何單個(gè)元件出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整個(gè)組件無法運(yùn)作。此裝置的計(jì)算公式為：

R(t)為組件總可靠度；R1(t)…Rn(t)為組件內(nèi)部串聯(lián)元件的可靠度。

3.2.2 繼電器保護(hù)組件的修理方式

由于繼電保護(hù)組件內(nèi)部存在的回路較多，且種類繁雜，因此要簡(jiǎn)化分析要從如下三個(gè)方面入手：保護(hù)組件、輸入及跳合閘回路。通過確認(rèn)各個(gè)故障的實(shí)際情況來確定每個(gè)元件的可靠程度。通過計(jì)算分析可知，標(biāo)定輸電線路的保護(hù)組件可靠度閾值，若某時(shí)間點(diǎn)位置的可靠度小于標(biāo)定閾值，則表示繼電保護(hù)組件需要進(jìn)行檢修。

3.3 實(shí)例應(yīng)用

要確定文中的方案是否具備可行性，需要進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。選取某地的500 kV 輸電線路配置進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過工作人員的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)對(duì)比后，可以了解到在單位數(shù)據(jù)限制條件下，本文的繼電保護(hù)組件修理方法正確動(dòng)作次數(shù)為290，而傳統(tǒng)方式的檢修正確動(dòng)作次數(shù)為200 次以下，因此可確定本文的方式具備實(shí)際可行性和顯著優(yōu)勢(shì)[6]。

4 結(jié) 論

想要確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就要對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行檢修。所以，電力行業(yè)的相關(guān)技術(shù)工作人員一定要不斷地提高自身的專業(yè)知識(shí)水平和技術(shù)維修能力，從而保證其正常運(yùn)行。