電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的影響因素及提升策略分析

深圳能源環(huán)保股份有限公司 梅 林

中國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力傳輸模式發(fā)生很大變化。電力系統(tǒng)復(fù)雜性提高為電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，近年來(lái)電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展與安全可靠運(yùn)行矛盾日益突出，而國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有著密切聯(lián)系，電力系統(tǒng)操作上可能會(huì)出現(xiàn)誤操作，也可能受到其他突發(fā)狀況影響，如發(fā)生短時(shí)操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓、瞬時(shí)接地等故障，如電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的安全屏障，繼電保護(hù)系統(tǒng)更反映電力設(shè)備故障狀態(tài)，而繼電保護(hù)的準(zhǔn)確動(dòng)作能快速切除故障、避免事故擴(kuò)大，將事故對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響范圍降到最低，這將直接影響電力供應(yīng)安全性。繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行中受到各種因素的影響，當(dāng)發(fā)生局部故障時(shí)不能快速響應(yīng)并準(zhǔn)確動(dòng)作將會(huì)導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，而如保護(hù)定植設(shè)置不合理過(guò)于靈敏將會(huì)導(dǎo)致故障切除范圍過(guò)大，導(dǎo)致不必要的停電。因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)不能可靠運(yùn)行會(huì)對(duì)電廠及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生極為不利的影響。

1 電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的意義

電力是國(guó)家經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要能源，不同生產(chǎn)電力方式使用電氣自動(dòng)化設(shè)備不同，發(fā)電廠繼電保護(hù)功能是對(duì)電廠系統(tǒng)異常結(jié)果及時(shí)檢測(cè)報(bào)警，繼電保護(hù)裝置具有靈敏的反應(yīng)能力，可利用繼電保護(hù)裝置快速切斷故障源頭，因此要充分了解發(fā)電廠繼電保護(hù)運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備最佳保護(hù)效果[1]。

電力設(shè)備繼電保護(hù)具有電力系統(tǒng)故障檢測(cè)切斷等多種功能，電廠要重視繼電保護(hù)裝置運(yùn)行要求，尤其是要符合繼電保護(hù)裝置的靈敏度與選擇性等要求。電力系統(tǒng)中設(shè)備出現(xiàn)短路、繼電保護(hù)裝置快速切除設(shè)備故障，設(shè)備故障出現(xiàn)拒動(dòng)應(yīng)從相鄰設(shè)備切除故障。繼電保護(hù)裝置要能及時(shí)切除故障，降低用戶(hù)在大電流運(yùn)行時(shí)間，減少對(duì)設(shè)備造成的損害以及影響范圍，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及穩(wěn)定性。

發(fā)電廠內(nèi)部電力系統(tǒng)故障伴有強(qiáng)烈短路電流，電廠內(nèi)部電力系統(tǒng)故障短路電流會(huì)產(chǎn)生大量熱力，使得電廠設(shè)備絕緣性損壞[2]。短路電流造成短路點(diǎn)附近的電力設(shè)備燒壞，影響用戶(hù)正常生產(chǎn)工作，并有可能發(fā)生熱動(dòng)力甚至爆炸，對(duì)周邊的設(shè)備及人身安全造成安全隱患。此外，短路電流如果不能及時(shí)切除將會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)附近電壓大幅降低，而電廠設(shè)備電壓降低將影響電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，且對(duì)其他設(shè)備的正常運(yùn)行造成極大的影響，而長(zhǎng)時(shí)間不穩(wěn)定運(yùn)行將會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰。因此，繼電保護(hù)裝置應(yīng)及時(shí)切除故障短路電流，降低發(fā)電廠內(nèi)部電力系統(tǒng)壓力。

繼電保護(hù)裝置是保障電網(wǎng)按運(yùn)行安全、可靠性的第一道防線。定期檢修并及時(shí)更換老化或有潛在故障的繼電保護(hù)元器件，是提高電廠運(yùn)行繼電保護(hù)裝置可靠性的有效措施。目前檢修體制主要實(shí)行計(jì)劃?rùn)z修，檢修工作安排由管理部門(mén)根據(jù)相應(yīng)規(guī)程確定，容易忽視備件供應(yīng)商差異、工藝質(zhì)量等因素。不同供應(yīng)商提供的備件可能存在著細(xì)微的靈敏性差異，甚至有可能存在質(zhì)量問(wèn)題，更換時(shí)應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行校驗(yàn)并做好相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，避免投入不合格的產(chǎn)品。

此外，隨著新投運(yùn)設(shè)備數(shù)量的增加，計(jì)劃?rùn)z修工作使得專(zhuān)業(yè)維護(hù)人員疲勞作戰(zhàn)，采用周期性檢修來(lái)排除故障設(shè)備缺陷效率較低，造成人力物力資源的浪費(fèi)[3]。主要原因是目前繼電保護(hù)檢修體制缺乏系統(tǒng)性及科學(xué)性，繼電保護(hù)策略制定人需以繼電保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，研究繼電保護(hù)裝置可靠性評(píng)估方法，形成標(biāo)準(zhǔn)化流程，調(diào)整相應(yīng)檢修策略，有效提高檢修效率以及檢修質(zhì)量。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性影響因素

發(fā)電廠繼電保護(hù)在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，在設(shè)備故障時(shí)能切除局部故障或緊急停機(jī)處理，而發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備又存在各種干擾因素，不利于電廠安全運(yùn)行。當(dāng)前我國(guó)電廠配置繼電保護(hù)系統(tǒng)由于功能及設(shè)備老化，易受到各種因素影響，在該動(dòng)作的時(shí)候拒動(dòng)導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大，在不該動(dòng)作的時(shí)候誤動(dòng)或?qū)⑺矔r(shí)故障判斷為永久故障，將正常運(yùn)行的設(shè)備切除、無(wú)法保障電廠安全運(yùn)行，嚴(yán)重造成人員傷亡事故。繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性影響因素有多種，主要包括繼電保護(hù)軟件、硬件問(wèn)題與及人為因素，總體上可分為繼電保護(hù)自身因素與外部因素。

影響繼電保護(hù)可靠性的自身因素包括設(shè)備質(zhì)量維護(hù)、技術(shù)管理缺乏、方案設(shè)計(jì)不合理等[4]。繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量受到技術(shù)管理工作的影響，繼電保護(hù)方案制定需了解相關(guān)型號(hào)保護(hù)裝置的工作原理，優(yōu)化繼電保護(hù)方案及保護(hù)定值配置。安裝人員未按設(shè)計(jì)要求正確接線導(dǎo)致誤接線等問(wèn)題將直接影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。繼電保護(hù)裝置在電廠運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，可及時(shí)分析故障因素并隔離故障，使相關(guān)人員能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的處理故障。

繼電保護(hù)系統(tǒng)在電廠運(yùn)行中能避免故障擴(kuò)大導(dǎo)致對(duì)電力系統(tǒng)的大規(guī)模破壞，而軟件出錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)，微機(jī)保護(hù)軟件可靠性影響因素包括軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失誤、定值計(jì)算錯(cuò)誤、定值配合不合理以及輸入錯(cuò)誤等。

繼電保護(hù)裝置由電子設(shè)備及軟件組成，軟件出現(xiàn)故障無(wú)疑將會(huì)影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性進(jìn)而威脅電網(wǎng)安全，而電子設(shè)備出現(xiàn)老化、不夠靈敏或失靈將直接影響繼電保護(hù)裝置的可靠性。我國(guó)常用繼電保護(hù)裝置多為數(shù)字化，傳統(tǒng)硬件保護(hù)裝置主要是微機(jī)保護(hù)，繼電保護(hù)裝置隨著科技的發(fā)展不斷創(chuàng)新，繼電保護(hù)由軟硬件系統(tǒng)組成，電子設(shè)備壽命有限且工作中不斷發(fā)熱容易老化，長(zhǎng)期使用會(huì)影響繼電保護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。軟件裝置是繼電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵核心，繼電保護(hù)裝置軟件架構(gòu)特殊，其可靠性難以檢測(cè)，影響因素包括軟件設(shè)計(jì)、操作方法等[5]。此外，電磁式互感器易產(chǎn)生接線故障、影響繼電保護(hù)安全運(yùn)行，而電子互感器設(shè)備的應(yīng)用能提升系統(tǒng)使用性能。

繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性外部影響因素包括雷電及過(guò)電壓因素等。繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行中受到雷電因素影響導(dǎo)致設(shè)備損壞，雷電擊中接地部件會(huì)降低裝置運(yùn)行穩(wěn)定性。隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作慢，容易在開(kāi)關(guān)接觸點(diǎn)形成電弧閃絡(luò)，高頻作用影響會(huì)形成電磁場(chǎng)干擾設(shè)備正常運(yùn)行。電廠繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行還受直流電源影響，出現(xiàn)接地故障會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行，直流回路電路故障會(huì)影響繼電保護(hù)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性[6]。直流負(fù)極接地將會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置拒動(dòng)，直流正極接地將會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)。發(fā)電廠為滿(mǎn)足電力生產(chǎn)控制要求所設(shè)置的移動(dòng)通信設(shè)備會(huì)形成較強(qiáng)輻射，對(duì)繼電保護(hù)裝置造成干擾，如磁場(chǎng)耦合到附近弱電子設(shè)備回路誘發(fā)虛假信號(hào)，影響繼電保護(hù)裝置保護(hù)效果。因此，在繼電保護(hù)設(shè)備集中的電氣設(shè)備間應(yīng)禁止使用無(wú)線通信設(shè)備，避免高頻信號(hào)對(duì)繼電保護(hù)裝置元器件的可靠性造成影響。

3 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠性評(píng)估研究

可靠性是系統(tǒng)定性定量評(píng)估等各方面的系統(tǒng)工程，繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性指的是在電網(wǎng)故障時(shí)能正確切除故障的概率?？煽啃岳碚擉w系普遍采用概率等指標(biāo)評(píng)估，可修復(fù)的設(shè)備發(fā)生故障后可修復(fù)后繼續(xù)使用，可靠性指標(biāo)要考慮設(shè)備的修復(fù)概率。不可修復(fù)設(shè)備可靠性指標(biāo)用于直接評(píng)估系統(tǒng)未發(fā)生故障的可靠性，繼電保護(hù)系統(tǒng)為可修復(fù)系統(tǒng)，準(zhǔn)確的計(jì)算可修復(fù)概率對(duì)于綜合判斷繼電保護(hù)可靠性有很大的幫助。

電力系統(tǒng)可靠性是可接受質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)向用戶(hù)供電能力的量度，由于分析方法限制，通常將充裕性與安全性分開(kāi)研究。電力系統(tǒng)是包含發(fā)、輸、配電功能區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)，通常將電力系統(tǒng)分成發(fā)、輸、配電系統(tǒng)等子系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)有不同可靠性指標(biāo)。按不同目的可將電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估分為規(guī)劃與運(yùn)行階段時(shí)間跨度，對(duì)規(guī)劃中電力系統(tǒng)進(jìn)行離線評(píng)估分析。電力系統(tǒng)運(yùn)行中受到擾動(dòng)，傳統(tǒng)可靠性分析無(wú)法反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的安全可靠水平，運(yùn)行可靠性針對(duì)特定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可將傳統(tǒng)可靠性研究與電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化結(jié)合。

繼電保護(hù)可靠性指標(biāo)是可靠性評(píng)估體系的研究重點(diǎn)，我國(guó)曾使用正確動(dòng)作率描述繼電保護(hù)可靠性，有學(xué)者建議采用平均無(wú)誤動(dòng)作時(shí)間評(píng)價(jià)保護(hù)可靠性。保護(hù)系統(tǒng)可靠性用于衡量系統(tǒng)可靠性水平，但被保護(hù)設(shè)備的事故頻率存在較大差別，有時(shí)又有一定的人為因素，如何結(jié)合保護(hù)可靠性與經(jīng)濟(jì)效益是繼電保護(hù)可靠性研究的重點(diǎn)。后續(xù)還可研究保護(hù)錯(cuò)誤動(dòng)作與正確動(dòng)作造成電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)損失加以比較、作為失效率衡量指標(biāo)，而隨著電壓等級(jí)的增加，可靠性建立還需反映保護(hù)范圍及電壓等級(jí)等裝置的特定工作環(huán)境。

4 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性提升策略

電力系統(tǒng)是國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，隨著全球經(jīng)濟(jì)規(guī)模高速發(fā)展，各國(guó)電力系統(tǒng)依靠技術(shù)進(jìn)步發(fā)展成為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。繼電保護(hù)裝置保護(hù)作用非常重要，發(fā)電廠繼電工程技術(shù)人員要研究繼電保護(hù)裝置可靠性，電廠生產(chǎn)中要注意繼電保護(hù)裝置潛在故障因素的分析與控制，提升繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性需完善管理制度，加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及運(yùn)行維護(hù)，正確利用微機(jī)提取故障分析信息。

繼電保護(hù)裝置能保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，電廠相關(guān)工作人員要充分發(fā)揮系統(tǒng)保障功能，要對(duì)系統(tǒng)操作進(jìn)行規(guī)范化訓(xùn)練，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。同時(shí)要加強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用管理，有效保障繼電保護(hù)裝置質(zhì)量。電力系統(tǒng)安裝繼電保護(hù)裝置需要保障穩(wěn)定性，有效發(fā)揮其實(shí)際功能。發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置應(yīng)安排專(zhuān)業(yè)人員監(jiān)察，電廠實(shí)施繼電保護(hù)要充分安排調(diào)度等人員，相關(guān)操作人員必須經(jīng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)學(xué)習(xí)。不同發(fā)電廠應(yīng)根據(jù)電廠特點(diǎn)設(shè)置保護(hù)裝置，開(kāi)發(fā)繼電保護(hù)設(shè)備臺(tái)賬，定期校準(zhǔn)等監(jiān)管制度?？萍嫉陌l(fā)展促進(jìn)人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，如遺傳算法、模糊邏輯等新型技術(shù)，電廠可使用計(jì)算機(jī)打造智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提高繼電保護(hù)裝置的可靠性。

為提升電廠保護(hù)系統(tǒng)可靠性，繼電保護(hù)裝置要按照說(shuō)明書(shū)規(guī)范操作，確保電廠繼電保護(hù)裝置正常運(yùn)行。要做好繼電保護(hù)裝置應(yīng)用管理，完善繼電保護(hù)裝置管理制度，保證繼電保護(hù)作用的發(fā)揮。繼電保護(hù)裝置運(yùn)行速度快，要保證繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)掌握電網(wǎng)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)。提升繼電保護(hù)可靠性需要定期檢查，通過(guò)電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滿(mǎn)足繼電保護(hù)裝置對(duì)運(yùn)行靈敏度的要求。發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置存在耗損等問(wèn)題，要及時(shí)采取維修、更換元器件等提升裝置運(yùn)行可靠性。

電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行管理要強(qiáng)化二次回路檢查校驗(yàn)。管理人員要定期做好各項(xiàng)工作檢查，強(qiáng)化巡檢工作力度。重點(diǎn)檢查繼電器節(jié)點(diǎn)等，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行隱患及時(shí)采取相應(yīng)措施。為減少電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性影響因素，要做好裝置防護(hù)工作。如使用防雷裝置提升裝置抗雷擊性能，針對(duì)操作人員做好技能培訓(xùn)，提升電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。對(duì)于經(jīng)常發(fā)生的簡(jiǎn)單故障要采取簡(jiǎn)單易行的方法及時(shí)排除，特殊故障需要采取特殊的處理方法，要充分利用可靠性、靈敏性高的故障錄波裝置作為故障處理的重要依據(jù)。有些繼電保護(hù)故障后，按照信號(hào)指示無(wú)法找到原因，通常是由于工作人員措施不力、設(shè)備靈敏性低等原因造成。對(duì)于通過(guò)錄波圖形等手段無(wú)法采集信號(hào)，無(wú)法判斷故障原因的情況，可利用順逆序檢查法處理繼電保護(hù)故障。

綜上，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性要求日益提高。發(fā)電廠是電能生產(chǎn)的主要基地，繼電保護(hù)裝置能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的局部故障并對(duì)故障進(jìn)行部分切斷，保障電廠設(shè)備安全及系統(tǒng)的穩(wěn)定。隨著電力系統(tǒng)高速發(fā)展，繼電保護(hù)向計(jì)算機(jī)化、數(shù)據(jù)通信一體化方向快速發(fā)展，隨著繼電保護(hù)領(lǐng)域大量新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，要求工程技術(shù)人員不斷研究學(xué)習(xí)，并加強(qiáng)繼電保護(hù)的規(guī)范管理，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。