电力系统继电保护的可靠性研究

电力系统继电保护的可靠性研究

关键词：继电保护电力系统装置可靠性冗余设计

0 引言

当前，我国的经济建设正以高速发展的态势进行着，城市电网系统的覆盖地域极其辽阔，电网的规模也越来越大，大量的、各种类型的电气设备通过电气线路紧密的联结在一起，在各种复杂运行环境和人为因素的影响和制约下，进而导致电网发生电气故障，在一定程度上影响人们的生产和生活。因此，必须提高继电保护运行的可靠性，进而确保电网供配电系统的正常运行。为了防止继电保护不正确动作的发展，进而对继电保护装置进行正确设置，同时对各项相关定值进行准确地整定，在一定程度上对于促进电力事业的长期发展具有重要意义。

1 继电保护系统可靠性指标的定义

1.1 继电保护的内涵。所谓继电保护就是电力系统中提供供电可靠性、保障电气设备安全的最基本、最有效的核心技术手段之一。对电力系统能够满足选择性、可靠性、速动性和灵敏性要求的继电保护系统，在电力系统中，主要利用元件发生异常情况或者短路时电压、电流、频率、功率等电气量的变化，进一步构成继电保护动作。对于继电保护系统来说，从系统设计的角度来看，是按照某种连接方式，由一套或几套相互独立的继电保护装置共同组成的系统。在电力系统运行过程中，变压器、母线、线路等电力设备，在没有继电保护状态下是不允许运行的。

1.2 继电保护的基本任务。首先，当电力系统中被保护的元件发生故障时，为了确保故障元件能够从电力系统中及时、迅速地断开，进而在暂态稳定性等方面满足电力系统某些特定要求，同时将电力系统元件本身的损坏降到最低。所以，通过故障元件的继电保护装置给距离故障元件最近的，并且具备脱离故障功效的断路器及时、准确地发出跳闸指令，进而在一定程度上，将发生故障的元件对电力系统安全供电的影响降到最低。其次，对于电气设备不正常工作的情况，通过继电保护能够进行反应，也就是继电保护装置能够根据设备运行维护条件的不同，以及工作情况的不同，发出相应的示警信号，便于装置进行自动调节，或者通过值班人员进行处理，或者自动切除某些电气设备（继续运行会引发事故的电气设备）。继电保护系统在执行此项任务过程中，其装置允许带一定的延时动作。

1.3 继电保护的可靠性指标。所谓继电保护的可靠性是指在规定的条件下、在预定的时间内，一个配置合理，并且在技术、质量等方面都比较优良的系统、设备或元件完成预定功能的能力，即保护该动作时动作、不该动作时不动作，确保切除的是故障设备或线路。它是继电保护性能的最根本的要求，而提高误动作和不拒动，则是继电保护可靠性的核心。继电保护可靠性一般有功能的可靠性和设备的可靠性2个指标：功能的可靠性是指对处于工作状态的继电保护系统从一次系统的观点对其正确工作的概率进行描述，该指标受继电保护的误动、拒动概率的影响和制约；设备的可靠性即从二次

系统的观点描述投入运行的继电保护系统在任何时刻都处于工作

状态的概率。在进行可靠性分析时，通常采用概率法、故障树分析法及马尔科夫模型法等，由于继电保护系统属于可修复系统，所以其中的概率法不适合其求解。

2 提高继电保护可靠性运行的相关措施

2.1 冗余设计及其优化。利用容错技术设计继电保护系统。在保护系统中，对于不影响整个继电保护系统正确工作的个别继电保护装置，在该系统中容许其不正确工作。通常情况向，借助硬件冗余的方式完成容错技术。在设计继电保护系统硬件冗余的过程中，常用的冗余设计方法有：重复（并联）、多数表决、备用切换等，这些冗余设计方式一方面改善可用度、拒动率等可靠性指标，另一方面对误动率这一可靠性指标进行恶化。通过多数表决的方式可以对所有可靠性指标进行显著改善，同时能够使可靠性指标达到任一规定值；对于备用切换方式来说，对可用度指标虽然有显著的改善，但对一些如拒动率、误动率及可靠度等可靠性指标没有影响。因此，在设计硬件冗余的过程中，根据继电保护系统的实际情况，选择合适的冗余方法。通过对冗余设计进行优化，在一定程度上使其满足可靠性指标，同时确保所用的保护装置数量最少，实现投资额最小。前者为变量，后者为约束条件。虽然继电保护系统投资额降低与可靠性提高二者之间是存在矛盾的，但是，通过对比各种优化的冗余设计方案，可以有效解决这两种求极值的问题。因此，在实际过程中，设计继电保护系统时，都要使其满足可靠性指标，并且将其放

于第一位。

2.2 继电保护装置可靠性的提高。进一步合理地、正确地计算、评价继电保护装置运行的可靠性指标是一个十分值得深入研究和

探讨的问题。一方面，可将区外故障正确不动作纳入继电保护装置运行时正确工作率指标计算内；另一方面，可将正确动作率指标细分，即由正确动作率和不正确动作率构成，其中，正确动作率包含正常运行时正确不动作率，区内故障正确动作率及区外（正反方向）故障正确不动作率；不正确动作率则包含区外故障误动率（含正、反方向）、正常运行时误动作率、拒动率以及故障频率等。以上两方面的定义与划分，有利于对继电保护装置的运行性能及出现的问题进行更为具体深入的分析和研究。另外，作为继电保护装置必需的辅助配套产品——继电保护的辅助装置，其工作的可靠性对保证继电保护正确动作、促进电力系统稳定、安全运行亦起着非常重要的作用。继电保护的辅助装置主要用于电力系统二次继电保护和自动控制回路中，其主要功能是作为断路器操作的辅助控制以更好的满足断路器的控制操作，同时亦被用作二次回路的切换。通过对装置中长期带电的发热电阻进行特殊设计来降低机箱内的工作温度，充分考虑和保证辅助装置的各个回路的绝缘电阻和耐压水平。

3 继电保护操作运行工作的规范

3.1 做好验收工作，通过对继电保护进行验收，确定各项施工是否完善，以及电力系统是否具备安全、稳定运行条件的重要保证。工作人员调试完毕继电保护之后，需要进行专业的验收，以及进行

严格自检，同时填写相应的验收单，同时将其送交厂部，然后由厂部组织检修、运行、生产及做开关合跳试验，并对保护装置变动的时间、内容进行详细的记录，该记录在相关负责人签字确认之后，作为日后查询的依据。继电保护试运行试验确保无误后，可以启动运行程序。

3.2 为了避免故障、事故的发生，需要做好继电保护装置及二次回路的巡检工作。在一定程度上，只有做好安全事故的预防工作，才能及时发现隐患。而定期对继电保护设备进行巡视检查，则是其重要途径。全面、细致的检查工作应包括：压板、开关位置是否正确；自动装置、保护压板是否均按调度要求投入；各回路接线是否正常，有无松脱、发热甚至焦臭味道的出现；继电器接点是否完好、线圈及附加电阻是否存在过热问题；指示灯、监视灯、警铃等设备情况是否完好、指示是否正常等等。

3.3 完善继电保护系统，不断进行技术改造。随着电子、通信、计算机等技术不断发展，在一定成程度上推动了继电保护技术发展，进而打破了继电保护传统格局，使继电保护的自动化水平不断提高。电力工作者需要不断进步，在对继电保护配置与运行的可靠性、速动性、灵敏性以及调试方便等进行综合性考虑的基础上，对继电保护技术做好改造，使继电保护跟上时代的步伐，适应技术的进步。目前，以微处理器为基础的计量测试仪表、数字保护装置、运行监控系统以及发电机励磁控制装置等在电力系统中得到广泛

应用，上述装置都采用紧凑型、低功率的电压和电流互感器，这些