分析核电站继电保护系统诊断与可靠性

分析核电站继电保护系统诊断与可靠性
发布时间：2022-07-10T09:17:07.057Z 来源：《中国科技信息》2022年5期3月作者：欧阳严超邓洋林鑫
[导读] 继电保护系统是一种以对电气设备进行自动监控为基础，能够在发现其不正常的状态和故障时，快速地发出报警或切断故障的设备。

欧阳严超邓洋林鑫
福建省福清核电有限公司福建福清 350300
摘要：继电保护系统是一种以对电气设备进行自动监控为基础，能够在发现其不正常的状态和故障时，快速地发出报警或切断故障的设备。

由于核电厂继电保护中所涉及的继电器数目庞大，因此对其可靠性要求很高。

文章首先对继电保护系统的故障进行了介绍，并对如何改进其可靠性进行了讨论,其目的是为了使核电系统更加安全、可靠地运行，从而为社会带来更大的利益。

关键词：核电站；继电保护系统；诊断技术；可靠性
引言
为了适应新时期社会对电力的需要，降低对环境的污染，很多新的能源形式开始进入人们的视线，比如核电，它具有更高的效率和更少的环境污染。

核电站继电保护系统是电力系统安全可靠的重要组成部分，但它的潜在故障也会对其安全可靠性造成很大的影响，因此，为了适应现代社会的需要，提高它的可靠性，需要各相关部门的共同努力，充分利用以往的经验，对未来可能出现的各种问题进行预测，从而达到预防事故，保证核电厂的安全、稳定、监控的效率和决策的科学性的目的。

本文分析了核电站继电保护系统的诊断技术以及如何提升其可靠性的策略，以供参考。

一、核电站电力系统继电保护的现状
近几年，我国一直在寻求新能源，由于核电的高能效和低污染，已经成为了新兴的能源领域，而随着核电站的建成，中国对核电技术的掌握也越来越熟练，而在政府的号召下，核电的发展速度也越来越快。

核电厂的安全取决于电力系统的安全和电网的稳定。

为了达到更精确的风险评估，提高继电保护系统的智能化和稳定性，将其作为一项技术研究的重点。

二、继电保护系统失效的原因
由于目前核动力系统中继电保护中的继电器数量较多，因此对其可靠性要求较高；但是，在实践中要实现100%的可靠性是很困难的。

有两种情况会出现错误的继电器工作方式。

一是，在保护区中的故障被错误地转移给备用继电器保护系统(操作不当)。

二是在保护范围之外的错误行为(意外行为)。

继电保护系统失效的后果与其发生时的电力系统的工作状况有关。

继电器故障发生的原因有四：①不合理的继电器保护方案设计和使用；②在特定的系统操作状态下，不正确地设置继电器；③操作人员的错误；④内部部件的失效。

根据某继电器保护工作小组的研究结果，若将设备/硬件和通信/TT设备的故障看作是器件故障，则该部件的失效占继电器故障的1/3。

研究结果表明："造成误操作的主要原因是器件失效和设置失误。

"通常会有以下的元件失效：第一，主板的基座。

板卡的边线接头松散，并在接头部位积灰；第二，导线绝缘性能降低；这会导致基座的接地短路或导线之间的短路；每个电路板都是独立的。

当装置寿命已过时，电容器及电阻值会发生变化。

在逻辑电路中，某一部件的工作特性发生微小的改变，就会导致设计工作参数发生偏差。

应检查和解决连接线松动、冷焊点、螺丝松动、断线和不适当的配线。

三、核电站继电保护系统状态检测及诊断技术
（一）状态检测
当前，电力二次装置均需进行断电测试。

这种做法的缺点是：许多关键的核动力装置，无法轻易地退出使用；断电后的设备状况(例如工作电压、温度等)与工作中的状况不相符，也会影响判断的精确度；此外，因为是周期性的维修，而非持续的实时监控，所以在测试期间，仍有可能发生故障；在设备状况良好的情况下，按照预定的进度进行测试和维护，不仅造成人员、财力、物力的浪费，而且还会造成设备的超负荷维护。

尽管二次电器部件的退化、缺陷的发展具有统计性，发展的速率也是很快的，但是大部分都有一个发展过程。

在此过程中，会出现一些早期的物理、电子等迹象[1]。

随着数字信号处理、光电、传感等技术的不断发展，可以对二次机组的在线状态进行实时监控，及时地采集到各种微小变化的数据，并将其综合分析、处理，利用该系统对设备的可靠性进行实时的判断、预报，以便在需要的时候，对隐患进行预警和处理。

二次装置的运行状况包括直流运行、信号、交流试验、通讯、屏蔽接地、逻辑判断等。

根据设备运行状态、负荷数据、各种状态检测数据、故障信息、故障信息、事故信息、维修数据等信息，并根据有关规定和运行经验，对设备的技术指标进行量化评定，以评价设备的真实情况(包括正常、可疑、危险等)。

（二）诊断技术
在断电检修中，采用常规的故障诊断方法，不仅无法确保诊断结果的准确性，而且容易造成资源的浪费，导致过多的维护。

利用该专家系统，对二次装置的状态进行监控与诊断，包括报警信息、确认信息、专家系统分析、位置、知识库、做出维修决定等。

特别是对从野外采集到的继电器保护装置的工作情况进行了分析与评价，以确定装置的工作状况。

当装置状态不正常时，警报信号会被传送到继电器装置，以判断其是否正确。

这时，由专家分析系统综合设备信息、报警信息、大量经验和知识，对设备状态进行推断和诊断，再利用设备监测软件和硬件，根据二次回路和设备的工作参数的变化，判断出故障的原因，并将设备在线状态、其他继电保护设备状态和电网的实际参数相结合，判断出故障的本质，进而给出误差的具体成因。

最后，利用该知识库中的主要设备配置信息知识库、故障处理经验库、保护运行维护知识库等，进行了科学、合理的维护决策。

虽然模糊理论、贝叶斯神经网络、神经网络等方法对继电保护的故障进行了分析，但是专家系统是一种非常有效的人工智能方法。

它能汲取丰富的专业经验，并对其专长进行补充[2]。

四、增强核电站继电保护系统可靠性的有效措施
（一）设计的完善
首先，在系统的设计中，当发生故障或异常时，可以根据现场的实际状况，将故障元件及周边线路切断，从而不会对其它地区产生干扰，保证其它元件正常工作。

如果出现故障，则需要通过故障的设备或者线路自身的保护装置来解决，如果保护装置和断路器不能启动，则可以控制附近的设备，通过线路保护装置或断路器来切断故障，避免大面积的停电。

其次，电子回路的设计可以在一定的环境条件下完全地完成，环境状况不仅指温度范围，而且还包含了电子回路的电磁环境、振动和冲击，确保在额定电压波动、时钟频率波动和波形改变
的情况下工作；证实电子回路在电子元件的最不利的组合条件下也能够正确操作。

（二）配备继电器保护设备
核电厂的电力供应、中央处理、模拟量、数字输入、数字输出，都与它的可靠性有关。

因此，在实际应用中，需要有一个可靠的物理平台来保证其可靠性。

在选择软件时，要保证软件的性能与功能符合要求，代码正确，结构合理，检测标准，输入值准确等。

同时，在硬件设备上，要对其进行严格的质量检验，这与保护线路的可靠性有直接的关系，从而保证其质量和操作的稳定性；当发生二次环短路时，要防止发生绝缘老化。

例如：AC开关箱、分相和三相工作继电器箱、微波通信接口、差动保护光纤、高频收发器等装置，以保证继电器的品质达到要求，故障率降低，运行稳定，使用寿命长。

此外，继电保护装置是由多种类型、多个电子部件构成的，因此，其可靠性主要取决于其可靠性。

在设计系统时，不但要明确其类型，还要标明其等级、厂家[3]。

结束语
综上所述，继电器是核电系统的关键元件，它在监测装置状态、防止故障蔓延、保障核电系统运行中发挥着关键的作用。

继电器保护是一种能对电网中电器部件的失效或不正确操作进行自动诊断和预警的装置，当该系统工作正常时，继电器保护装置会自动监控该电源，并根据该系统中电器部件出现的异常或波动，从而启动继电器保护动作，或发出通知给值班人员，从而降低或防止装置的损害，并对附近区域的电力供应产生保护作用。

参考文献
[1]刘金豆.核电站棒电源继电保护系统的分析优化及研究[D].上海发电设备成套设计研究院有限责任公司,2021.
[2]王静涛,张轩,邹晓,王欣,黄昌军.核电站继电保护二次回路可视化技术[J].电工技术,2021(05):149-151.
[3]张华贵.广东核电站500kV系统继电保护[J].继电器,1994(01):49-55.。