繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析及在電網(wǎng)中的運(yùn)用

王欣偉　薛澄華

【摘 要】電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行可以為廣大用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的供電服務(wù)，為我國(guó)的生產(chǎn)生活活動(dòng)提供保障。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)重要的保護(hù)機(jī)制，對(duì)于防止發(fā)生電力事故，維持國(guó)家電網(wǎng)正常運(yùn)行具有重要作用。隨著計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化，機(jī)械技術(shù)的自動(dòng)化，通信技術(shù)的效率化，繼電保護(hù)也在向著智能化發(fā)展。技術(shù)人員要在實(shí)際工作中，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性認(rèn)真分析，保證繼電保護(hù)裝置的健康運(yùn)行，從而為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)系統(tǒng)；可靠性分析；電網(wǎng)中的運(yùn)用；

隨著科學(xué)技術(shù)的提高，我國(guó)電力工業(yè)也得到了很大的發(fā)展。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行可以為廣大用戶提供優(yōu)質(zhì)可靠的供電服務(wù)，為我國(guó)的生產(chǎn)生活活動(dòng)提供保障。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)重要的保護(hù)機(jī)制，對(duì)于防止發(fā)生電力事故，維持國(guó)家電網(wǎng)正常運(yùn)行具有重要作用。本文將對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，探討繼電保護(hù)系統(tǒng)在電網(wǎng)中運(yùn)用的方法，希望為我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展提供幫助。

一、繼電保護(hù)系統(tǒng)概述

目前，電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)包括發(fā)電環(huán)節(jié)、變電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)以及用電環(huán)節(jié)等。電力系統(tǒng)主要將自然界中一次能源通過(guò)電力轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化成生活和生產(chǎn)所需的電力能源。繼電保護(hù)系統(tǒng)在國(guó)家電網(wǎng)中是發(fā)生故障時(shí)候的第一道保護(hù)機(jī)制，主要有測(cè)量元部件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三個(gè)內(nèi)容組成。為了確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的良好運(yùn)行，電網(wǎng)工作人員要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行了解，對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行記錄，總結(jié)出相似故障發(fā)生的規(guī)律，從而為解決故障提供重要的參考意見。

二、繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

（1）繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)內(nèi)涵

對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其可靠性指的是如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，要能夠通過(guò)對(duì)應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，為電力系統(tǒng)提供安全性保障，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，繼電保護(hù)系統(tǒng)處于拒動(dòng)的狀態(tài)。繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)是對(duì)可靠性的具體數(shù)值評(píng)價(jià)，通常用到的可靠性指標(biāo)包括可靠度、故障發(fā)生率、設(shè)備可用率、計(jì)劃?rùn)z修率、以及平均無(wú)故障和修復(fù)時(shí)間。

（2）完善繼電保護(hù)系統(tǒng)的措施

繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的確定對(duì)于完善機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)具有重要意義。故障人員可以根據(jù)可靠性指標(biāo)分析出可能造成系統(tǒng)故障的原因，在設(shè)計(jì)和維修故障中進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，并作為具體維修周期的制定依據(jù)。過(guò)去的繼電保護(hù)系統(tǒng)缺乏自檢功能，因此需要人工定期檢修工作來(lái)彌補(bǔ)系統(tǒng)的缺陷。目前，采用比較廣泛的繼電保護(hù)裝置是微機(jī)繼電保護(hù)裝置，具有較強(qiáng)的自檢功能，同時(shí)可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)監(jiān)測(cè)。通常情況下，微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的自檢功能就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障的有效排查，但為了避免特殊情況的發(fā)生，在實(shí)際工作中也不能忽略人工定期檢查的作用。當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的安全性也成為了繼電保護(hù)系統(tǒng)中一個(gè)比較重要的安全因素，由于軟件自身算法的編寫原理出現(xiàn)問(wèn)題很可能造成軟件的誤動(dòng)或者拒動(dòng)。

（3）繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

在對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析的時(shí)候，可以用到的方法有概率法、馬爾科夫模型分析法以及故障樹分析法等。其中故障樹分析法具有識(shí)別準(zhǔn)確，操作相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在目前對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的分析中應(yīng)用的比較廣泛【1】。

故障樹分析法主要通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)裝置的硬件部分進(jìn)行分析，從而確定系統(tǒng)可靠性。在實(shí)際操作中將繼電保護(hù)硬件部分的失效分為兩部分，分別是斷路器失效和繼電保護(hù)失效。用表示斷路器失效，用表示繼電保護(hù)失效，那么繼電保護(hù)裝置失效的公式為：

三、繼電保護(hù)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

隨著我國(guó)國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，在電力系統(tǒng)安全性上的要求也越來(lái)越高。繼電保護(hù)系統(tǒng)作為國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的第一道安全放線，對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。本文以110kV電線路為例，對(duì)繼電保護(hù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

（一）繼電保護(hù)在國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)中的配置情況

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，繼電保護(hù)會(huì)發(fā)生動(dòng)作機(jī)制，動(dòng)作主要分為正確動(dòng)作和錯(cuò)誤動(dòng)作兩種，其中錯(cuò)誤動(dòng)作又有拒動(dòng)和誤動(dòng)兩種情況。具體的工作原理是：當(dāng)國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)的元件運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)產(chǎn)生故障信號(hào)，繼電保護(hù)系統(tǒng)探測(cè)到故障信號(hào)發(fā)生動(dòng)作，向最近距離的跳閘傳遞故障信息，該故障元件進(jìn)行跳閘處理，從而保證系統(tǒng)整體的安全性。在實(shí)際工作中，繼電保護(hù)的配制情況和系統(tǒng)元件的工作情況具有很大的關(guān)聯(lián)【2】。因此，在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，選擇正確的繼電保護(hù)配置對(duì)于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性具有重要意義。

繼電保護(hù)中線路的配置分析。110kV線路的中性點(diǎn)通常進(jìn)行接地連接，對(duì)于單側(cè)線路來(lái)說(shuō)，通常應(yīng)用階段式相電流保護(hù)的方法，來(lái)對(duì)接地故障進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于雙側(cè)線路來(lái)說(shuō)，通常應(yīng)用零序保護(hù)、階段式保護(hù)等方式來(lái)對(duì)線路故障進(jìn)行保護(hù)。

繼電保護(hù)中的母線配置。如果線路母線是雙母線的情況，那么必須裝置雙母線保護(hù)設(shè)施，所謂的雙母線指的是電線線路單母線和從發(fā)電廠引出的母線。在實(shí)際工作中，如果出現(xiàn)起初母線故障的情況，此時(shí)也要通過(guò)專門的母線保護(hù)裝置對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，還要做好母線的后備保護(hù)工作。后備保護(hù)主要是通過(guò)變壓器保護(hù)和靈敏度高的線路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（二）配電網(wǎng)的可靠性指標(biāo)分析

配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)主要包括三個(gè)內(nèi)容：分別是SAIFI指標(biāo)、CAIFI指標(biāo)以及ASAI指標(biāo)。其中SAIFI指標(biāo)指的是用戶在特定時(shí)間內(nèi)遇到的平均停電次數(shù)。CAIFI指標(biāo)指的是在一年中，用戶遇到的停電次數(shù)。ASAI指標(biāo)指的是實(shí)際發(fā)生的供電時(shí)間和用戶希望的供電時(shí)間比值。

（三）對(duì)配電網(wǎng)可靠性指標(biāo)的計(jì)算

實(shí)際的配電系統(tǒng)比較復(fù)雜，通常由主、副饋線兩部分組成。在計(jì)算配電網(wǎng)可靠性的時(shí)候，可以采取簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等值法將其轉(zhuǎn)化成配電網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)等值法有向上和向下等效兩種形式。

1.向上等效。向上等效是通過(guò)分支饋線發(fā)生作用，進(jìn)而影響上級(jí)饋線的等效元件。在實(shí)際工作中，技術(shù)人員首先要做好饋線分層工作，通常情況饋線和隔離開關(guān)保持同一層，接下來(lái)確保等效分支線對(duì)分層的表達(dá)。

2.向下等效。和向上等效方式不同，該等效方法也是通過(guò)分支饋線發(fā)生作用，但影響的是下級(jí)饋線的等效元件。在該等效方法中，為了確保對(duì)可靠性影響的分析正確，要在下層的饋線上加入串聯(lián)元件，該串聯(lián)元件要和等效元件保持等值【3】。

（四）繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)例分析

下面，以我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)中，某配電系統(tǒng)為例進(jìn)行探討，來(lái)分析繼電保護(hù)的可靠性在電網(wǎng)中運(yùn)行機(jī)制。在某配電系統(tǒng)中，包括一座35kV變電所，4條出線，饋線總共有36條以及22個(gè)負(fù)荷點(diǎn)。整個(gè)配電系統(tǒng)中的平均負(fù)荷為13.547MW。對(duì)可靠性指標(biāo)采取決策樹方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示：

從表1可以看出，繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)于配電系統(tǒng)有著很大的影響，是電力系統(tǒng)重要的保護(hù)機(jī)制。隔離開關(guān)以及備用電源對(duì)于保持繼電保護(hù)系統(tǒng)的良性運(yùn)行，防范電力系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生具有重要作用。在電力系統(tǒng)中加入繼電保護(hù)裝置，改變了系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而增加了系統(tǒng)的可靠性。

四、結(jié)束語(yǔ)

國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)是關(guān)系到國(guó)泰民安的重要系統(tǒng)，是人民生產(chǎn)生活順利進(jìn)行的有力保障。隨著計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化，機(jī)械技術(shù)的自動(dòng)化，通信技術(shù)的效率化，電力系統(tǒng)也在向著智能化發(fā)展。同時(shí)超大規(guī)模電力系統(tǒng)的出現(xiàn)對(duì)于繼電保護(hù)工作也提出了更高的要求。為了更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電保護(hù)系統(tǒng)也要向著通信一體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。技術(shù)人員要在實(shí)際工作中，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性認(rèn)真分析，保證繼電保護(hù)裝置的健康運(yùn)行，從而為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱立峰. 繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 機(jī)電信息，2011，24：60-61.

[2]閆峰，李曉龍. 繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析及在電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科技信息，2013，30：106.

[3]劉鋁. 繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性及在電網(wǎng)中的應(yīng)用探討[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，20：51-52.