电力系统继电保护可靠性相关问题探究

【摘 要】随着我国经济技术的高速发展，我国的电力系统也在快速壮大前进。电力事业的不断发展，以及电力建设规模的日益扩大、电网系统逐步复杂，使得继电保护在电力系统中的角色越来越重要。可靠性作为继电保护的重要方面，关系到整个电网的健康运行。本文就电力系统继电保护可靠性方面的关键问题进行了描述和探讨。

【关键词】电力系统；继电保护；可靠性

一、引言

当前，我国电力系统飞速发展，不断扩大的电网给人们的日常生产和生活的顺利进行创造了良好的条件。然而随着不断壮大而变得结构复杂的电力系统由于不可控的人为因素或者各种运行环境情况的复杂多变，在实际运行过程中不可避免地发生各种各样的电气故障。这些故障通常会给人们的日常生产和生活带来不便和损失。因此必须充分认识到建立高可靠性的电力系统继电保护系统的重要性，采取系统化方案评估和最大限度提高继电保护系统的可靠性，保证电力系统的正常运行，促进的我国电力事业的稳步快速发展。

二、继电保护可靠性评估

（一）继电保护概述

电力系统是一个庞大的跨区域能量传输系统，由于涉及面广和系统复杂的特点，在系统运行的过程中出现电气故障是不可避免的。电气故障无论大小都会造成不良后果，比如供电电压大小的下降将直接影响电力负载的正常工作；发生电气故障通常会引起系统电流过大，损坏电气设备或者影响其使用寿命；破坏同步发电机并列运行的稳定性，进而破坏电力系统的运行稳定性等。因此，针对大规模的电力系统，必须有一套对应的实时监督和保护系统，能够对电力系统运行中的异常情况进行处理，保证电力的连续供应、降低损失。继电保护系统在这种情况下应运而生。继电保护系统对电网进行保护的原理是通过检测电网系统在发生故障情况时的电流、电压、功率等电气量的变化来判定并执行继电保护动作的。

继电保护装置作为电力系统的安全卫士，其主要功能表现在：当电力系统发生异常情况时，它能自动、快速、有效地切除故障设备，防止电气故障的进一步扩大；当电力系统发生故障时，能及时准确地发出信号或警报，通知值班人员尽快做出处理，以迅速恢复电力系统的正常运行。

（二）继电保护系统的可靠性

继电保护设备是机电一体化装置，通常由测量部分、定值调整部分、逻辑部分和执行部分四大部分构成。测量部分对所保护对象进行实时检测和数据测量，然后将测量值与整定值进行比较，判断测量值是否在正常范围内从而鉴别电气设备是否出现故障或发生其他异常情况；逻辑部分是根据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合方式，进行逻辑判断，决定是否执行保护动作；执行部分依据逻辑部分判断得出的信号执行相应的跳闸或发警告信号操作。

继电保护系统的工作任务决定了其自身具有以下特点：第一，继电保护装置中元件种类繁多，制造工艺比较复杂，因此影响继电保护装置质量和寿命的因素很多；第二，继电保护装置在电力系统中扮演着安全卫士的角色，并非是连续工作的設备，只有在电力系统发生故障时才需要继电保护工作，具有瞬时性；第三，继电保护只有在电力系统发生故障时才进行工作，其最终的工作可靠性还与电力系统的运行方式等因素有关；第四，各种继电保护装置在电力系统中不是孤立地工作，相互通信和配合才能充分尽到电力系统安全卫士的职责。因此，继电保护系统中某一台保护装置的可靠性并不只取决于自身，还与系统中其他保护装置的可靠性密切相关。

（三）继电保护系统可靠性的评估方法

继电保护系统的可靠性是一般是指继电保护系统在预定的工况及时间内成功完成预定功能的能力。可靠性指标通常根据以下原则来建立：第一，以满足使用要求为原则，需要涵盖继电保护的行为特征；第二，在满足一定程度的先进性和使用要求的前提下，需要尽可能地降低系统成本；第三，根据使用场合和条件的不同确定可靠性指标的水平；第四，确定继电保护系统选择可靠性指标的时候应考虑各个指标间的相关性和可行性。

一般情况下，继电保护可靠性等级可以分为三个等级：

第一级：军用级。由于军用等级对所有设备的要求最高，所以相对应的所需求的可靠性也就最高，一般情况下都使用最好的、最先进的、最高可靠的仪器和设备。

第二级：工业级。由于工业级所考虑最多的是追求高性价比，需要综合考虑更多的因素，在设计时是较为复杂的，在追求较高可靠性的同时，还要追求较高的经济效益。

第三级：民用级。由于民用级所最多考虑的是成本，它所使用的设备较为的便宜，追求可用性，而非高可靠性，所以民用级的设备等对可靠性的要求最低。

三、制约继电保护可靠性的因素

（一）继电保护设备自身的因素

电力系统继电保护可以分为主保护和后备保护以及辅助保护、异常运行保护四类。主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。

（二）软件因素

软件算法是微机继电保护实现保护功能的核心，软件出错将导致保护装置出现误动或拒动。导致软件出错的因素主要有：需求分析过程定义错误；设计过程错误；编码过程错误；测试过程错误；文档信息错误等。但总体来说，软件的失效机理可以描述为：人为错误引起软件缺陷，进而导致软件故障，最终引起软件系统的失效。

（三）影响继电保护的外部因素

影响继电保护的外部因素外部环境等因素包括温度、湿度和外力因素等。

1、温度。由不同材料构成的继电保护装置，温度变化时装置的反应也不同，最终对可靠性的影响也不尽相同；同温度变化使元器件涂覆层脱落、灌封材料和密封化合物龟裂甚至破密封外壳开裂、填充料泄漏等情况，使得元器件电气性能大幅下降。

2、湿度。由于吸潮，使密封产品的密封性能降低或遭破坏、产品表面涂敷层剥落，这些情况会使得继电保护装置的可靠性大大降低。这是由于潮湿环境可以引起材料的机械性能和电气性能的变化，导致机械强度和电气性能的降低。

3、外力。冲击、振动和变形、弯曲、产生裂纹等一系列外部因素对继电保护装置的影响主要有变形、弯曲断裂等，使得装置不能发挥正常作用，因此外力也是制約继电保护可靠性的一大因素。

四、提高继电保护设备可靠性的措施

继电保护装置是电力系统的安全卫士，提高继电保护装置可靠性可以从电力系统的总体设计、冗余设计、电路设计、抗冲击设计以及安全设计等各个环节上着手。

（一）冗余技术

通过运用冗余资源来克服故障影响的技术称为冗余技术，其中冗余资源是指在系统完成正常工作所需的资源以外的附加资源。通过冗余可以屏蔽或者恢复故障，从而提高系统的可靠性。在进行冗余设计时，一般情况下应注意：在设计时应在可靠性、重量、体积以及成本四方面之间进行权衡优化设计；在设计时应选取那些可靠性薄弱环节和对执行任务及安全性影响至关重要单元进行冗余设计。

（二）降额设计

为了提高继电保护设备的可靠性可以使用降额设计，主要是指构成设备的元器件使用中所承受的应力（电应力和温度应力）低于元器件自身的额定值。在降额设计中，应该注意：不应将标准所推荐的降额量值绝对化；有些元器件参数不能降额；对于某些电子元器件如聚苯乙烯电容器，降低其应用应力并不能提高其使用可靠性；不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题。

（三）EMC设计

电磁兼容（EMC）是指设备或系统在其自身所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中其它元件或系统构成不能承受的电磁骚扰的能力。要提升电磁兼容能力可以从防静电设计、防地电位升高设计和防雷设计等方面着手。

五、结语

当前，我国的电力事业飞速发展，电力企业和广大用户对电力系统继电保护系统的要求越来越高，国内外的继电保护技术正朝着计算机化、网络化、保护、控制、测量、数据通信一体化以及人工智能化的方向发展。继电保护运行的可靠性直接决定了电力系统的安全。为了保障使电力供应系统运行的正常，必须重视继电保护的可靠性问题，对继电保护装置进行正确的设置，对各项相关定值实施准确的整定，预防继电保护的不正确动作现象出现，不断提高继电装置的可靠性，确保整个电力系统能够正常运行。

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作者简介：

赵耀银（1966-），男，四川宣汉人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为电力企业工程管理。