电力系统继电保护及自动化装置可靠性试验评估研究

叶　峻,吴庆彤

(河南省南阳供电公司,河南 南阳 473000)



电力系统继电保护及自动化装置可靠性试验评估研究

叶峻,吴庆彤

(河南省南阳供电公司,河南 南阳 473000)

摘要:继电保护及自动化装置是电力系统不可或缺的关键组成部分，对整个电力系统的平稳、安全运行发挥着重要作用。进行产品的可靠性试验和研究的目的在于确保产品安全和质量，对继电保护及自动化装置进行可靠性试验和评估可以有效提高继电保护及自动化装置的质量和运作效率，保障电力系统的正常运行。

关键词：电力系统；继电保护；自动化装置；可靠性

可靠性技术是一门全新的科学检测技术，该技术将概率论和数理统计进行整合，对产品参数进行精密计算，旨在提高产品的质量。可靠性技术是研究与产品可靠性相关的因素，如可靠性特征量、可靠性设计、可靠性制造以及可靠性评估等方面，确保产品的可靠性。可靠性技术应用于产品可靠性设计、研究、试验以及控制全过程，为产品质量提供可靠保证。继电保护是智能变电站运行的核心程序，继电保护装置是电力系统的关键组成部分，它具有分辨保护元件是否处于正常运行状态的功能。自动化装置目的是对电力系统中运行的设备实施监控，自动测试和调整系统运行中出现的状况，保证电力系统运行的安全性和可靠性。

1　可靠性指标体系

1.1　装置的运行

继电保护装置在智能变电站电力系统的运行和维护中发挥着重要作用，一旦系统运行出现故障，继电保护装置就能及时发现问题，将障碍排除。继电保护装置为电力系统的正常运行提供了安全保障，因此，在整个智能变电站的运营维护中，要注意加强继电保护装置的检测、保养和维护工作，以保障继电保护装置的正常运行。

自动化装置的功能体现在对电力系统中各设备的监督和控制上，远程遥控是自动化装置的独特优势，利用自动化装置，工作人员可以进行遥测、遥调以及遥控等操作。

1.2　装置的可靠性指标

继电保护装置的种类较多，按照构成原理的不同，可以分为机电型和静态型两种不同类型；按照输入激励量的不同可以分为单激励量和多激励量两种类型。继电保护装置自身的特点以及电力系统的运作性能决定了继电保护装置可靠性的高低，也决定了继电保护装置抗干扰能力的强弱。一般来说，评定继电保护可靠性指标的重要参数有以下几个方面：

(1)成功率R：继电保护装置在规定条件下，完成指定任务的成功率。

(2)MTBF(Mean Time Between Failure)，平均故障间隔时间，指继电保护装置在规定时间内保持某种功能的能力。

(3)MTTR：mean time to restoration，平均恢复时间，指继电保护装置从失效到恢复运转所需时间的平均值。

(4)有效度：有效度是指继电保护装置运行的有效程度，它是反映继电保护装置可靠性的综合指标。

图1为继电保护装置的可靠性特性参数。

与继电保护装置不同，自动化装置属于可维修产品，其可靠性指标包括平均无故障时间、平均修复时间以及有效度如图2所示。

图1 继电保护装置的可靠性特征参数图

图2 自动化装置的可靠性指标图

2　可靠性试验

2.1　试验条件

继电保护及自动化装置可靠性试验对环境温度和电源条件提出了较高的要求。环境温度条件：该试验要求在温度25 ℃、相对湿度在50%左右、大气压力在90～100 kPa的环境下进行。电源条件：该实验要求交流电源为正弦波，且波形畸不超过2%，交流电源的频率控制在49.5～50.5 Hz之间，交流分量控制在6%以内。除此之外，三相电源必须要保持平衡。

2.2　试验方案及步骤

该实验主要是对装置的MTBF(平均故障间隔时间)和成功率进行可靠性测试，具体实验操作如下。

2.2.1MTBF(平均故障间隔时间)测试

该项测试采用传统的实验手段在实验室进行，定数截尾实验是测试MTBF(平均故障间隔时间)的首选方式。表1为试验中MTBF的各类参数。

表1　MTBF(平均故障间隔时间)实验参数表

严格来说，只有达到指定MTBF值的继电保护装置才可以算作是可靠的继电保护装置。截尾实效数的范围最好选定在4～7之间，本实验将MTBF的值设定为M,且M值须为截尾实践的倍数。

本实验将通过抽样进行，试验样品r应该具有代表性，要确保其大小适中。一般来说，试验样品r可依据批量大小R来确定。表2为一批合适的试验样品数。

表2　合适的试验样品数r

该实验须在持续通电的状态下进行，继电保护装置出口回路触点的工作状态可以准确地反映该装置的平均故障间隔时间，因此，应该对继电保护装置出口回路触点进行实时监测。

该实验中可人为设定：当相关失效数小于截尾实效数时，该装置可判为接收；当相关失效数大于或等于截尾实效数时，该装置可判为拒收。

2.2.2成功率试验

与MTBF试验一样，成功率试验也采用实验室试验，成功率试验将试验结果分为成功和实效两种，成功代表该装置具有较强可靠性；实效代表该装置的可靠性能还有待改进。

成功率试验也是通过抽样试验的方式进行，总的来说，成功率试验的试验样品数与MTBF相同，因此，成功率试验可以和MTBF试验同时进行。表3为样品成功率测试的各类参数。

表3　样品成功率测试参数

该实验中规定：当试验中出现的成功率值大于或等于规定的成功率值时，该装置判定为接收；当试验中出现的成功率值小于规定的成功率值时，该装置判定为拒收。

3　可靠性试验的评估

产品的可靠性评估体系由MTBF评估、MTTR评估、故障率评估、成功率评估、正确动作率评估以及不正确动作率评估等构成。只有对以上六项指标进行综合测评，才能对电力系统继电保护装置及自动化装置的可靠性进行科学评估。

(1)MTBF评估。MTBF评估主要是对装置的平均故障间隔时间进行估量，了解电力系统继电保护及自动化装置在运行中出现故障的时间。

(2)MTTR评估。MTTR评估主要是对装置的平均恢复时间进行估量，掌握了解电力系统继电保护及自动化装置自动修复故障的能力。

(3)故障率评估。对电力系统继电保护及自动化装置的故障率进行评估目的在于了解和掌握该装置的运转性能及故障出现的频率。

(4)成功率评估。成功率是指继电保护装置在规定条件下，成功完成指定任务的概率。成功率与平均故障时间值和平均修复时间值密切相关，三者间存在这样的关系表达式：成功率=平均故障时间值/(平均故障时间值+平均修复时间值)。

(5)正确动作率。正确动作率由正确动作次数和动作进行的次数决定，其关系表达式为：正确动作率=正确动作次数/动作总次数。

(6)不正确动作率。不正确动作率由不正确动作次数和动作进行的次数决定，其关系表达式为：不正确动作率=不正确动作次数/动作总次数。

4　结束语

继电保护及自动化装置的可靠性直接关系到整个电力系统的运行状况，对电力系统继电保护及自动化装置进行可靠性测试是确保继电保护和自动化装置安全运转的有效途径。

在对电力系统继电保护及自动化装置进行可靠性测试和评价时，一定要采用科学、合理的试验方式，对相关指标进行测试和详细分析，确保试验的可靠性和科学性。对电力系统继电保护及自动化装置进行可靠性测试能促进其平稳运行，也将促进整个电力系统的不断完善和发展。

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吴庆彤(1977-)，河南南阳人，大专，助理工程师，研究方向：电力系统自动化。

研制开发

Research on Reliability Test and Assessment for Relay Protection

and Automation Device of Power System

YE Jun, WU Qing-tong

(Nanyang Power Supply Company of State Grid, Nanyang 473000, China)

Abstract:Relay protection and automation devices are key components of power system which play an important role in stable and safe operation of the whole power system. Reliability test and research of products aim at guarantying safety and quality of products. By the same token, reliability test and assessment of relay protection and automation devices will lead to better quality and operating efficiency of them which can ensure reliable and normal operation of power system.

Key words:power system; relay protection; automation device; reliability

中图分类号：TM77

文献标识码：A

文章编号：1009-3664(2015)02-0044-03

作者简介：叶峻(1974-)，河南南阳人，本科，助理工程师，研究方向：电力系统自动化；

收稿日期：2014-11-13