電力繼電保護系統(tǒng)的可靠性分析

馬釗

[摘要]隨著我國電力系統(tǒng)應(yīng)用范圍的逐步增大，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，維持繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行則顯得至關(guān)重要。本文首先著重分析并研究繼電保護系統(tǒng)的可靠性的各個衡量指標，詳細闡述了繼電保護裝置的功能可靠性和設(shè)備可靠性，以及提高繼電保護可靠性的相關(guān)途徑，對于電力繼電保護裝置系統(tǒng)的可靠性研究有一定的借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]繼電保護系統(tǒng)；可靠性；功能；設(shè)備

[中圖分類號]TM77 [文獻標識碼]B [文章編號]1672-5158（2013）06-0300-01

改革開放以來，我國的經(jīng)濟處于飛速發(fā)展中，電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模也不斷--擴大，覆蓋的區(qū)域也日益遼闊。在電氣設(shè)備運行過程中，不同種類的電氣設(shè)備與各種復(fù)雜的電氣電路相連接，以及各種人為因素和復(fù)雜環(huán)境運行的影響，可能會導(dǎo)致一些故障，而給電力系統(tǒng)安裝繼電保護裝置后，一旦發(fā)生短路故障時，繼電保護裝置中的+或者幾個自動特殊繼電器組合形成的自動裝置系統(tǒng)，就能自動地切斷被保護的單元，同時也能夠發(fā)出信號以警示工作人員。在所有的電力系統(tǒng)中，例如電壓器、母線、線路等，都不可以在沒有繼電保護的工作狀態(tài)下運行，所以電力繼電保護系統(tǒng)的可靠性對于電網(wǎng)供電系統(tǒng)的正常運行，保護人民生命和財產(chǎn)安全起著至關(guān)重要的作用，因此對于電力繼電保護系統(tǒng)的可靠性分析也顯得尤為必要。

1 繼電保護系統(tǒng)的可靠性常用的衡量指標

繼電保護可靠性定義是繼電保護裝置在給定條件下完成規(guī)定的保護功能的概率，也就是電力系統(tǒng)在給定的條件下，如果發(fā)生了繼電保護裝置應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該不動作，而在繼電保護裝置不應(yīng)動作時，它不應(yīng)該誤動作。繼電保護系統(tǒng)的可靠性包括設(shè)備可靠性和功能可靠性兩種。

針對不同的設(shè)備或者系統(tǒng)，采取不同的可靠性衡量指標，主要采用以下的指標來衡量繼電保護系統(tǒng)的可靠性：

（1）采用概率來表示

其定義為“單位元件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)，在確定的條件下執(zhí)行規(guī)定任務(wù)的概率”。對于發(fā)生事故之后不能修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備，主要采用概率的方法來表示其可靠性的指標；而系統(tǒng)或者設(shè)備在發(fā)生故障之后依然可以修復(fù)的，它只能表示系統(tǒng)或者設(shè)備首次事故前的可靠性。

（2）采用時間來表示

事故間MTBF平均時間。即系統(tǒng)或者設(shè)備從開始使用到發(fā)生故障的平均時間，它既可用于可修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備，又可用于不可修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備。由此可以推出，用于可修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備的事故間MTBF平均時間，則表示兩次故障之間的時間常數(shù)。

（3）采用頻率來表示

顧名思義，動作正確的的概率，即在一定的時間內(nèi)（例如一個月）統(tǒng)計被修復(fù)的系統(tǒng)或者設(shè)備正確的動作的次數(shù)與所有的動作次數(shù)的比值。

2 電力繼電保護系統(tǒng)的可靠性分析

2.1 電力繼電保護系統(tǒng)的組成

電力繼電保護系統(tǒng)可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，而硬件系統(tǒng)由電壓電流互感器、繼電保護裝置、二次回路、繼電保護的輔助裝置、裝置的通信、通道及接口、短路器以及操作機構(gòu)成，軟件系統(tǒng)就是在硬件的基礎(chǔ)之上，研發(fā)的具有繼電保護功能的軟件。

2.2 繼電保護操作時的相關(guān)規(guī)范

（1）繼電保護的驗收工作

工作人員完成電力系統(tǒng)繼電保護裝置的安置之后，在繼電保護及自動裝置工作前，操作人員必須審查保護工作人員的工作票，及其安全措施，并認真按工作票與實際工作情況作好安全措施。在完成保護工作后，操作人員應(yīng)及時驗收，并將相關(guān)的操作項目、電力接線等更改數(shù)據(jù)作好相應(yīng)的記錄，操作人員必須和值班調(diào)度員進行整定值和有關(guān)注意事項的核對，無誤后方可投入運行以確定電力系統(tǒng)的運行安全和穩(wěn)定。

（2）繼電保護的運行監(jiān)視工作

只有在做好電力系統(tǒng)的險情防范工作，及時排除繼電裝置運行過程中可能潛藏的隱患，才能及時地排除電力險情，以及保護人民的生命財產(chǎn)安全。繼電保護運行的監(jiān)視工作主要包括：保持繼電保護裝置表面干凈無塵埃，同時也要時刻注意關(guān)閉盤柜門；電磁繼電器接點是否有燒毛粘連現(xiàn)象，檢查外觀有無損壞現(xiàn)象；各繼電器接線有無燒損、接觸不良或松脫現(xiàn)象；盤后端子排接線有無松脫現(xiàn)象；各元件的實際工作狀態(tài)是否正確；模擬燈位置指示是否正確，音響信號是否正常等。

（3）繼電保護系統(tǒng)的升級工作

隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子技術(shù)、數(shù)字信號處理系統(tǒng)等各個綜合學(xué)科在繼電保護中的廣泛應(yīng)用，使得繼電保護的自動化程度越來越高，因此電力工作者需要學(xué)習(xí)的知識面也越來越寬。在保證繼電保護裝置正常運行的條件下，電力工作者同時也要做好技術(shù)改造和系統(tǒng)升級的工作。例如，當前常規(guī)的電流和電壓互感器已不能適應(yīng)以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字保護裝置，取而代之的是低功率的電流和電壓互感器。

2.3 提高繼電保護可靠性的相關(guān)途徑

（1）促進繼電保護的微機化和信息化

在電子信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，微機保護在各個方面的科技含量也逐步提高。相比以前的小型機，最新的工控機的在功能方面、存儲容量和速度方面都有很大的提高，這樣一來，便可以采用成套的工控機做繼電保護的技術(shù)，便可使得繼電保護中的不可靠性將大大降低。繼電保護裝置主要用于切除故障元件，它的作用還是很單一，因此可以通過計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將整個電力系統(tǒng)作為一個整體連接起來，使得每個保護單元都可以共享故障和數(shù)據(jù)信息，以實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)信息的共享。

（2）提高繼電保護運行的智能化程度

人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，應(yīng)用行業(yè)也越來越廣泛。在繼電保護領(lǐng)域中應(yīng)用人工智能是一項非常重要的創(chuàng)新技術(shù)。例如在電力系統(tǒng)的繼電保護領(lǐng)域中，廣泛應(yīng)用遺傳算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。人工智能在繼電保護領(lǐng)域的應(yīng)用，很大程度上提高繼電保護的穩(wěn)定性。由于人工智能具有極強的邏輯思維，可以進行快速處理等優(yōu)勢，所以對繼電保護系統(tǒng)運行的可靠性帶來了極高的效率。

（3）使用性能優(yōu)質(zhì)的數(shù)字器件

性能優(yōu)質(zhì)的數(shù)字器件，如FPGA和CPLD在繼電保護領(lǐng)域的應(yīng)用，將大大提高繼電保護的質(zhì)量。EPGA是一種可編程邏輯器件，CPLD是一種復(fù)雜的可編程序邏輯器件，它們都具有功能高度集中的特點，F(xiàn)PGA和CPLD都能同時將不同微機系統(tǒng)的功能集中在一塊芯片上。這樣的數(shù)字控制器與繼電保護系統(tǒng)的高速集成、快速響應(yīng)等特點的可靠性息息相關(guān)。FPGA和CPLD這樣的數(shù)字控制器件能夠有效地縮短了繼電保護裝置的研發(fā)周期，在一定程度上提高了繼電保護的可靠性。

（4）繼電保護系統(tǒng)的冗余設(shè)計和優(yōu)化

繼電保護系統(tǒng)的冗余設(shè)計是提高繼電保護的重要方法之一，冗余設(shè)計的方法就是確保繼電保護系統(tǒng)的正常運行前提下，允許其個別裝置不正常工作的容錯技術(shù)。在繼電保護硬件冗余設(shè)計時，可采用并聯(lián)、多數(shù)表決、備用切換等方法。繼電保護裝置的冗余設(shè)計能夠明顯地改善繼電保護的可靠性指標。

（5）使用可靠性較高的繼電保護裝置

使用性能較高的繼電保護裝置可以提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。繼電保護裝置的可靠性定義為：系統(tǒng)裝置在合理的區(qū)域內(nèi)，當繼電保護系統(tǒng)沒有發(fā)出動作指令時，繼電保護裝置不可以誤動作，當繼電保護系統(tǒng)發(fā)出動作指令時，繼電保護裝置不可以拒動作。正確地評價繼電保護裝置的可靠性指標也是至關(guān)重要，首先，準確劃分正確動作率和不正確動作率；其次，在繼電保護裝置運行過程中把正確計算率指標納入?yún)^(qū)外故障。最后，應(yīng)用繼電保護裝置輔助裝置等措施來確保電路的正確動作和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

3 結(jié)論

本文主要闡述了繼電保護系統(tǒng)可靠性常用的衡量指標，以及深入探究了提高繼電保護可靠性的相關(guān)途徑，對電力系統(tǒng)繼電保護可靠性的研究有一定的參考價值。

參考文獻

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