電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性指標探討

趙志珅　亓磊　薛志勇　陳宏　郝延雯

引言

電力系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展和社會生活的基礎，但由于種種原因，電力系統(tǒng)在運行過程中難免會出現(xiàn)各種故障，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來了很大的威脅。繼電保護裝置作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，可以對電力系統(tǒng)進行快速保護和自動控制，確保電力系統(tǒng)的正常運行。因此，如何確保電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行的可靠性成為一個值得研究和探討的問題。

一、確保電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性的現(xiàn)實意義

（一）保障電力系統(tǒng)的安全性

電力系統(tǒng)是一個高危的工業(yè)系統(tǒng)，而繼電保護裝置的核心功能是當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，其能夠迅速切斷故障區(qū)域，以確保電力系統(tǒng)可以穩(wěn)定運作。然而，如若繼電保護裝置的運行出現(xiàn)問題，可能會出現(xiàn)誤判和誤動作等，導致電力系統(tǒng)的運行不穩(wěn)定，對人身財產(chǎn)安全造成極大的威脅。

因此，確保繼電保護裝置的運行可靠性對于保障電力系統(tǒng)的安全性具有重要的現(xiàn)實意義。只有繼電保護裝置能夠穩(wěn)定可靠地運行，才能保證電力系統(tǒng)的正常運行和人身財產(chǎn)的安全。在實際工作中，需要加強對繼電保護裝置的維護和檢修，及時排除存在的問題，并通過不斷引入先進的技術(shù)和手段，提高繼電保護裝置的運行可靠性和安全性，以確保電力系統(tǒng)安全、可靠運行[1]。

（二）提高電力系統(tǒng)運行效率

一方面，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行需要依賴繼電保護裝置的有效運作，以確保對系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的各類故障進行及時隔離和處理，防止故障的進一步蔓延，從而減少因故障導致的系統(tǒng)停機時間，提升電力系統(tǒng)的整體運行效率。另一方面，繼電保護裝置的運行可靠性也對電力系統(tǒng)的能源效率有著直接影響。一個運行可靠的繼電保護裝置能夠精確地監(jiān)測和調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，比如負載均衡、電壓和電流的穩(wěn)定性等，使得電力系統(tǒng)在保證供電質(zhì)量的同時，能夠有效地降低能源消耗，進一步提升電力系統(tǒng)的運行效率。

二、電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性指標分析

（一）設備可用性

設備可用性是衡量電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性的重要指標之一。在通常的表述中，設備的可用性被定義為設備在預期運行時間內(nèi)實際能夠正常運行并完成預定任務的時間占比，這是一種度量設備在特定時間段內(nèi)，實際可供使用并執(zhí)行預定功能能力的指標[2]。對于電力系統(tǒng)中的繼電保護裝置來說，其可用性直接影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全。

設備的可用性可以用數(shù)學公式來表達：A = MTBF /（MTBF + MTTR）。在這個公式中，A 代表設備的可用性，MTBF（Mean Time Between Failures）代表平均無故障時間，也就是設備從開始運行到第一次出現(xiàn)故障的平均時間。而 MTTR（Mean Time To Repair）則是平均修復時間，即設備從出現(xiàn)故障到修復完畢，重新開始運行的平均時間。通過這個公式可以得知，設備的可用性與設備的無故障運行時間以及修復時間直接相關(guān)。因此，提高繼電保護裝置的可用性，減少其故障率和修復時間，對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和服務質(zhì)量的提升具有重要的意義。

（二）故障率

故障率反映了在一定的工作條件和時間內(nèi)，繼電保護裝置出現(xiàn)故障的頻率。電力系統(tǒng)繼電保護裝置的故障率越低，說明其在運行過程中的穩(wěn)定性越好，運行可靠性越高。因此，對電力系統(tǒng)繼電保護裝置的故障率進行控制，是提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵措施之一。電力系統(tǒng)的繼電保護裝置具有極其重要的作用，它負責在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，快速隔離故障部分，防止故障的擴散，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，繼電保護裝置故障，特別是在關(guān)鍵時刻不能正常工作，可能會導致電力系統(tǒng)的重大損失，甚至可能引發(fā)大規(guī)模的電力停電事件。由此可見，繼電保護裝置的故障率對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和安全具有重要影響。

故障率通常用每小時故障次數(shù)（Failure per hour）或者平均無故障時間（Mean Time Between Failures，MTBF）來衡量。每小時故障次數(shù)是在一定的時間內(nèi)，設備出現(xiàn)故障的次數(shù)與總運行時間的比值。平均無故障時間則是設備從開始運行到第一次出現(xiàn)故障的平均時間。通過這兩個指標，工作人員可以對設備的故障頻率進行量化評估，進而對設備的運行可靠性進行評估。

（三）故障恢復時間

故障恢復時間，或者稱之為恢復時間，其定義為從系統(tǒng)出現(xiàn)故障，到系統(tǒng)恢復正常運行所需的總時間。這個時間包括了從故障檢測開始，到故障分析、修復，再到系統(tǒng)恢復正常運行的全過程。根據(jù)具體的情況，故障恢復時間包括自動恢復時間和手動恢復時間兩部分。其中，自動恢復時間是指通過自動化設備進行故障檢測、隔離和修復所需要的時間，而手動恢復時間則是人工介入進行修復和恢復所需的時間。

電力系統(tǒng)繼電保護裝置的運行可靠性以及其故障恢復時間，是電力系統(tǒng)運行安全和穩(wěn)定的重要保障。較短的故障恢復時間意味著電力系統(tǒng)在遇到故障后能更快地恢復正常運行，進而保證電力供應的穩(wěn)定，降低故障對電力系統(tǒng)運行的影響。因此，電力系統(tǒng)繼電保護裝置的設計、維護和改進，都應致力于縮短故障恢復時間，提高其運行可靠性。

（四）保護正確動作率

保護正確動作率，作為衡量電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性的重要指標，關(guān)乎整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。這個指標定義為在電力系統(tǒng)遇到故障或異常狀態(tài)時，保護裝置能夠準確、有效地執(zhí)行其預定動作的概率。簡單地說，保護正確動作率就是保護裝置“做正確事”的能力，這一“正確的事”通常包括正確識別故障，采取正確的保護措施，以及在正確的時間內(nèi)完成這些動作。保護正確動作率直接影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。較高的保護正確動作率意味著繼電保護裝置在故障發(fā)生時能夠可靠地隔離故障，及時恢復電力供應，降低故障帶來的影響。相反，如果保護正確動作率低，那么繼電保護裝置可能無法在故障發(fā)生時采取有效的保護措施，從而導致電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性受到威脅。

電力系統(tǒng)繼電保護裝置的設計和運行，都應致力于提高保護正確動作率。從設計角度來看，這需要根據(jù)電力系統(tǒng)的特性和需求，選擇適當?shù)谋Ｗo原理和方法，以及適應性強、反應靈敏的保護裝置。在運行過程中，需要定期對保護裝置進行維護和檢查，確保其始終處于良好的運行狀態(tài)[3]。同時，也需要進行有效的故障模擬和故障分析，以不斷提升保護裝置的故障識別能力和保護動作準確性。

（五）預期壽命

預期壽命反映了該裝置在預定工況和維護條件下能夠正常運行的預期時間。預期壽命是通過大量的實驗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析得出的，它涉及許多因素，包括設備設計、制造工藝、材料質(zhì)量、運行環(huán)境、維護策略等。預期壽命對于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運營至關(guān)重要。從規(guī)劃角度來看，了解設備的預期壽命有助于進行有效的資產(chǎn)管理，優(yōu)化設備的更換和維護計劃，從而使投資回報最大化。在運營過程中，預期壽命則可以用作設備健康狀況的一種重要參考指標，輔助決策制定者進行故障預測和維護決策。預期壽命的長短，不僅反映了繼電保護裝置本身的質(zhì)量和可靠性，還與其運行和維護環(huán)境密切相關(guān)。良好的設計和制造工藝可以提高設備的預期壽命，而合理的運行和維護策略則可以最大限度地延長設備的實際使用壽命，使其接近甚至超過預期壽命。

三、確保繼電保護裝置可靠性的措施

（一）加強繼電保護裝置的設計和制造

在繼電保護裝置設計和制造過程中，需要嚴格按照電力系統(tǒng)的實際需求進行設計，采用先進的電路、元器件和制造工藝，確保繼電保護裝置在各種工況下都能夠穩(wěn)定運行。例如，繼電保護裝置中的電容、電阻、電感等元器件的選用和制造質(zhì)量，對繼電保護裝置的穩(wěn)定性和可靠性具有重要影響。因此，需要選擇高品質(zhì)的元器件，并采用高精度、高質(zhì)量的制造工藝，以確保繼電保護裝置的可靠性。同時，繼電保護裝置的設計和制造還需要考慮到電力系統(tǒng)的環(huán)境和工作條件，例如高溫、低溫、高濕、低濕、雷擊等因素，以及繼電保護裝置的密封性、防護等級等方面的要求，并采取相應的防護措施，以確保繼電保護裝置能夠在復雜的環(huán)境條件下穩(wěn)定運行。

（二）加強繼電保護裝置的檢修和維護

定期對繼電保護裝置進行檢查和維護，可以有效地減少因故障和損壞而造成的停電和損失，在檢查和維護工作中，可以及時發(fā)現(xiàn)問題，并進行有效處理，以確保繼電保護裝置運行質(zhì)量。此外，需要對維修人員進行培訓和考核，提高其技術(shù)和操作水平，確保維修質(zhì)量和安全。例如，在中國廣東電網(wǎng)公司，針對繼電保護裝置的檢修和維護，建立了完整的制度和流程，從制定檢修計劃、執(zhí)行檢修任務、檢修數(shù)據(jù)分析等方面，保障了繼電保護裝置的可靠運行。

同時，繼電保護裝置的日常維護也非常重要，包括對設備周圍環(huán)境的清理、通風設備的清洗、電氣接線的檢查和緊固、電容和電感元器件的清洗和更換等。定期對繼電保護裝置的運行狀況進行檢查和記錄，可以及時發(fā)現(xiàn)潛藏問題，降低故障發(fā)生概率。因此，檢修和維護工作意義重大，是確保其可靠性的重要手段。

（三）加強對操作人員的培訓和管理

在培訓方面，需要對操作人員進行系統(tǒng)、全面的培訓，包括繼電保護裝置的原理、參數(shù)設置、操作規(guī)程、故障排除等方面的知識。同時，還需要對不同級別的操作人員進行不同程度的培訓和考核，以確保其操作技能符合要求。在管理方面，需要加強對操作人員的監(jiān)督和管理，規(guī)范其操作行為，減少誤操作和疏忽帶來的影響，同時鼓勵和激勵操作人員積極參與維護和管理工作，提高其責任心和積極性[4]。此外，建立健全操作人員考核和評價制度，可以對操作人員的維護水平和安全意識進行評估，為其提供持續(xù)的職業(yè)發(fā)展機會。加強對操作人員的培訓和管理，有利于增強其操作技能和意識，有效地降低繼電保護裝置的失效率，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（四）加強繼電保護裝置的監(jiān)測和測試

在長期運行中，繼電保護裝置可能會出現(xiàn)各種問題，如故障、誤動作等。定期的監(jiān)測和測試可以幫助及時發(fā)現(xiàn)這些問題，并進行維修或更換，避免因繼電保護裝置失效而造成的電力系統(tǒng)事故。與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式相比，自動化測試設備可以更加精準和高效地進行測試和診斷，減少人為誤差和漏測情況。同時，通過對測試結(jié)果的分析和評估，可以不斷改進和優(yōu)化繼電保護裝置的設計和運行參數(shù)，進一步提高其可靠性和穩(wěn)定性。

圖1 繼電保護裝置的測試圖

（五）人工智能技術(shù)的有效應用

首先，人工智能技術(shù)可以用于繼電保護裝置的故障預測和診斷。通過對電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集、分析和處理，可以利用人工智能技術(shù)中的機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等算法，構(gòu)建故障預測和診斷模型。通過這些模型，可以對繼電保護裝置的潛在問題進行精準的預見和分析，提升對故障定位和處理的速度、效果，進而確保電力系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運作。

其次，人工智能技術(shù)還可以應用于繼電保護裝置的狀態(tài)監(jiān)測和維護。通過對繼電保護裝置進行實時監(jiān)測和遠程診斷，可以快速發(fā)現(xiàn)和解決問題。例如，通過與繼電保護裝置的網(wǎng)絡連接，可以獲取到即時的狀態(tài)信息，并進行持續(xù)的觀測和分析。在繼電保護裝置遇到問題時，可以通過遠程控制和維修，實現(xiàn)快速、準確的故障處理。

再次，人工智能技術(shù)還可以用于繼電保護裝置的優(yōu)化設計。通過分析獲得的數(shù)據(jù)信息，可以結(jié)合信息中的相關(guān)問題，優(yōu)化繼電保護裝置。例如，可以通過機器學習算法對電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的異常狀態(tài)，并對繼電保護裝置進行優(yōu)化設計，提高其響應速度和穩(wěn)定性。

最后，人工智能技術(shù)還可以應用于繼電保護裝置的智能化運維。通過人工智能技術(shù)中的自動化、智能化算法，可以實現(xiàn)對繼電保護裝置的自動化運維。以自動化算法為例，該技術(shù)可以對繼電保護裝置的故障進行分析和判斷，并自動進行維護和修復，這不僅可以提高運維效率，還可以減少人為因素對繼電保護裝置可靠性的影響，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

結(jié)束語

綜上所述，確保電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行的可靠性，不僅對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要，更關(guān)乎社會經(jīng)濟的正常發(fā)展和人民群眾的生活需求。因此，電力工作者和研究者有必要不斷研究并實踐，提高繼電保護裝置的可靠性。在這過程中，相關(guān)人員應明確的是，提升繼電保護裝置的運行可靠性是一項長期而艱巨的任務，需要電力工作者不斷探索，持續(xù)改進，積累經(jīng)驗，并持續(xù)關(guān)注新技術(shù)、新方法的應用和發(fā)展，期待其能夠?qū)ΡＷo裝置運行可靠性的提升作出貢獻。

參考文獻：

[1] 賈少華. 電力系統(tǒng)繼電保護與自動化裝置的可靠性提升策略分析[J]. 大眾標準化，2022，（22）：158-160.

[2] 陳蒙. 關(guān)于電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性指標的思考[J]. 中國金屬通報，2022，（10）：171-173.

[3] 賴澤亮. 電力系統(tǒng)繼電保護與自動化裝置的可靠性分析[J]. 中外企業(yè)家，2019，（27）：108.

[4] 王日霞. 電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性的提高方法[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2019，（12）：215.