繼電保護(hù)失效概率及對(duì)輸電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的影響

王璐++賈琳瑋

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，電力行業(yè)得到了快速發(fā)展。電力系統(tǒng)作為國(guó)家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)維持社會(huì)穩(wěn)定、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的作用。為了確保人們?cè)谟秒娺^(guò)程中的安全性和可靠性，防止出現(xiàn)重大電力事故，需要做好繼電保護(hù)，以確保輸電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；失效概率；輸電系統(tǒng)；基礎(chǔ)設(shè)施

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.117

在電力系統(tǒng)中，有非常多的元件會(huì)在特定情況下發(fā)生故障。繼電保護(hù)安全裝置的可靠性較高，但在模型設(shè)計(jì)中，將繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置作為可靠性元件存在一定的問(wèn)題，導(dǎo)致輸電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估與傳統(tǒng)評(píng)估存在差異。下面對(duì)繼電保護(hù)失效概率及其對(duì)輸電系統(tǒng)可靠性造成的影響進(jìn)行分析。

1 輸電線路繼電保護(hù)的失效概率模型

1.1 繼電保護(hù)失效原因分析

繼電保護(hù)自身的可靠性會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成非常大的影響，其影響方式與一般的電力設(shè)備不同。拒動(dòng)和誤動(dòng)作為繼電保護(hù)失效的主要表現(xiàn)形式，繼電概率可衡量繼電保護(hù)的可靠性，是最基本的衡量指標(biāo)。一方面，很多繼電器都是電子儀器，內(nèi)部的軟件和硬件失效保護(hù)拒動(dòng)的發(fā)生率低，因此，需要長(zhǎng)期積累樣本數(shù)據(jù)，從而有效計(jì)算拒動(dòng)率、誤動(dòng)率。此外，繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)原理、配置方案、整定方法對(duì)電力系統(tǒng)的影響較大，因此，要充分分析失效機(jī)理和考慮裝置的工作環(huán)境。

電網(wǎng)繼電保護(hù)的完整性較高，且很多裝置之間為相互配合的關(guān)系，如果一臺(tái)繼電裝置出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)，則會(huì)引起其他保護(hù)裝置誤動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)電網(wǎng)連鎖故障。在設(shè)備運(yùn)行中，拒動(dòng)是隱蔽性的故障，通常不會(huì)造成較大的損失，因此，要綜合考慮拒動(dòng)隱患與設(shè)備短路概率的雙重作用?？煽啃栽u(píng)價(jià)指標(biāo)包括拒動(dòng)率、誤動(dòng)率、正確動(dòng)作率、故障頻率、可用度和平均失效時(shí)間等。如果未充分考慮繼電保護(hù)裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，則無(wú)法反映系統(tǒng)可靠性變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 繼電保護(hù)的失效概率

通常情況下，繼電保護(hù)系統(tǒng)和其他保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，繼電保護(hù)裝置內(nèi)的二次系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生回路斷線、硬件失效和方向錯(cuò)誤等故障，造成信號(hào)發(fā)送受阻，進(jìn)而出現(xiàn)故障跳閘。這種情況稱(chēng)為首次拒動(dòng)，其概率模型如下：

PJ1=1-e-λJ1t. （1）

式（1）中：PJ1為考察的時(shí)間段；-λJ1為失效概率。

失效次數(shù)CJ1屬于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由于故障是隱性的，變壓繼電包含了拒動(dòng)次數(shù)C1J1，還包含了檢修、運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障的次數(shù)C2J1。此外，還要綜合考慮在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如果故障是在年度內(nèi)最后一次檢修后發(fā)生的，則可能漏檢C3J1，因此，概率模型可表示為：

. （2）

2 繼電保護(hù)的失效概率模型

2.1 比率差動(dòng)保護(hù)的第二類(lèi)失效模型

在大型變壓器內(nèi)，故障保護(hù)中最重要的是差動(dòng)保護(hù)。這種保護(hù)拒動(dòng)會(huì)對(duì)變壓器造成非常大的影響，易引發(fā)非常大的故障，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在運(yùn)行中采用對(duì)比率差動(dòng)保護(hù)的可靠性較高。如果區(qū)域內(nèi)已發(fā)生故障，則制動(dòng)量會(huì)減少，因此，提高保護(hù)的靈敏度非常重要；如果故障發(fā)生在區(qū)域以外，則會(huì)制動(dòng)量會(huì)增大，不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)。鑒于不平衡的電流在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)一直存在，因此，故障原因和特性之間的差異性非常大，無(wú)法精準(zhǔn)計(jì)算，且提高系統(tǒng)靈敏度與確保不發(fā)生誤動(dòng)兩者矛盾。而通過(guò)量化分析能防止出現(xiàn)偏差誤動(dòng)，這對(duì)電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有重要意義。

2.2 第二類(lèi)模型拒動(dòng)和誤動(dòng)的概率

通常情況下，無(wú)論是在區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障，還是在區(qū)域外發(fā)生故障，其差動(dòng)量與制動(dòng)量均是相互關(guān)聯(lián)的，但受到故障性質(zhì)、位置、初始條件和電流相位等的影響，兩者之間無(wú)法長(zhǎng)期維持固定關(guān)系，在數(shù)值上形成了相互制約的關(guān)系。通過(guò)對(duì)這兩種關(guān)系的分析可得出，另一個(gè)區(qū)域?qū)儆趨^(qū)域內(nèi)與區(qū)域外故障差動(dòng)量、制動(dòng)量的狀態(tài)空間。無(wú)論在哪一個(gè)區(qū)域中，故障特性都具有一定的隨機(jī)性，且在保護(hù)狀態(tài)下空間中所有故障點(diǎn)出現(xiàn)的概率是相同的。按照啟動(dòng)概率分布狀態(tài)空間的平均值，可得出不確定因素對(duì)不同區(qū)域故障的影響。

2.3 差動(dòng)速斷保護(hù)的第二類(lèi)失效模型

大型變壓器中通常配置有差動(dòng)速斷保護(hù)，其為輔助保護(hù)措施。如果故障電流較大，差動(dòng)速斷保護(hù)可防止電流互感器出現(xiàn)飽和狀態(tài)，還能防止二次諧波閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作延誤。差動(dòng)速斷保護(hù)是獨(dú)立存在的，不受電流的影響，這種動(dòng)作由初始的勵(lì)磁涌流或外部的短路不平衡電流決定。按照不同的變壓器額定容量選取的值通常為變壓器額定值的2～11倍，比最大的比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流高，進(jìn)而在繼電保護(hù)啟動(dòng)后變壓器的各個(gè)斷路器跳閘。

3 結(jié)束語(yǔ)

輸電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性評(píng)估是電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)劃和調(diào)度的重要工具。其中，繼電保護(hù)失效概率模型研究是輸電系統(tǒng)可靠性研究的重點(diǎn)。隨著電力行業(yè)的發(fā)展，輸電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行評(píng)估已成為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段。

參考文獻(xiàn)

[1]戴志輝，王增平，焦彥軍.基于動(dòng)態(tài)故障樹(shù)與蒙特卡羅仿真的保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)估[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（19）.

[2]張旒璽.基于系統(tǒng)功效的繼電保護(hù)及控制系統(tǒng)可靠性研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2011.

〔編輯：張思楠〕