继电保护系统的可靠性和风险性分析

张少宏

(邵阳学院，湖南 邵阳 422000)



继电保护系统的可靠性和风险性分析

张少宏

(邵阳学院，湖南 邵阳 422000)

摘要：当前，我国继电保护系统研发能力已经取得了较多成绩，且在利用重合闸提高输电系统稳定性方面具有领先水平,但随着电力系统对二次自动装置的要求日益提高,保护可靠性和风险评估的技术、管理水平仍待完善,系统地进行保护可靠性基础数据积累与挖掘、可靠性与风险评估及增强可靠性的措施制定研究对于加强保护可靠性及运行水平、保障电网安全运行具有重要意义。

关键词：继电保护；可靠性；风险性

近年来我国发送的一系列大停电事故均一定程度地表明,停电事故往往是从系统中某一元件的故障开始,由于控制措施采取不当或不及时、电网结构的不合理、继电保护装置的误动或拒动等因素的单重或多重作用,引发系列元件故障,这种连锁性故障的迅速传播并最终导致了电网的大面积崩溃。

1继电保护可靠性理论基础

1.1继电保护可靠性的概念和特点。可靠性是指元件、设备或系统在预定时间内,规定条件下完成规定功能的能力。继电保护系统属于可修复系统,深入分析其可靠性的特点是选取指标、建立模型、进行可靠性分析的前提。其具有以下特点：第一，因为工作环境、自身状况的可变性,继电保护系统的可靠度、失效发生时间具有一定的随机性和概率性。第二，保护系统可靠性涉及因素多,其建模、指标选取及计算具有难度。第三，)保护系统的失效可以分为误动失效和拒动失效,在制定可靠性指标时应综合考虑这两种失效情况,每种失效又可分为可被检测的和不可被检测两类。

1.2继电保护系统可靠性影响因素。继电保护系统的可靠性因素主要包括以下方面：第一，装置硬件。无论是微机保护还是全数字化保护装置的老化和损坏会、运行维护水平及运行环境的干扰等直接影响保护装置和系统在规定条件下完成规定功能的能力。第二，装置软件。软件的可靠性很难根据物理要素进行预计,而主要取决于原理性能、系统输入、系统的使用和软件设计等。第三，互感器等相关一次设备。CT、PT等互感器及断路器等一次设备通过传变输入量和执行输出而直接影响着保护系统正确反映一次系统状态、不拒动、不误动的能力。第四，二次回路。当前，全数字化保护系统采用高速网络通信代替了二次电缆,二次回路具备了自我监测的能力。电子式互感器与保护装置之间的光纤链路、交换机若出现断链或故障,保护装置接收不到报文就会及时发出告警。

2继电保护可靠性的风险性评估。风险是指在某一特定环境下,在某一特定时间段内,某种损失发生的可能性。20世纪90年代初,为克服之前可靠性研究中注重事故概率,而忽视后果严重的小概率事件的不足,风险的概念逐渐被引入电力系统。风险指标具有累积的特性,可计算系统在未来一个时间点的风险,也可以计算系统在未来一段时间的累积风险。

在电力系统运行风险评估中,对于保护系统可靠性模型的考虑还较为粗略,也往往因此影响了评估效果。为提高电力系统风险评估的准确程度和保护系统本身风险评估的水平,应该突破一次系统元件的范畴,建立涵盖一、二次系统的保护风险评估模型。电力系统安全度和充裕度的概念也应合理延伸至保护系统可靠性研究领域。目前在保护可靠性研究领域,诸如正确动作率、误动率和拒动率等指标均是从保护动作失效后果统计的层面来反映继电保护整体的长期可靠性,而对于继电保护系统短期的动态可靠性考虑不够。因为没有计及继电保护实际运行环境对其的影响,难以有效反映系统方式变化时继电保护的实际风险。

3继电保护可靠性的新进展

3.1全数字化保护系统可靠性。IEC61850标准的颁布、高速以太网交换技术的发展及非常规互感器技术的实用化使保护系统乃至电力系统逐步向全数字化、智能化方向发展。在全数字化保护系统中,非常规互感器的数字信号输出通过合并单元。以多播方式发布到过程总线,保护等智能电子装置从过程总线获取采样和控制信息。全数字化保护系统在具有一系列突出优点的同时,其可靠性问题受到普遍关注。与常规保护系统相比,全数字化保护系统在系统结构、构成元件及工作模式等方面都存在较大差异。建立全数字化保护系统的可靠性模型,对于系统的设计和运行具有重要意义。在传统保护系统中,更注重对保护系统总体可靠性的研究,而对于全数字化保护系统,由于其包含更多的电子装置,总体可靠性指标已不足以全面刻画系统的可靠性。

3.2广域保护可靠性。在复杂大电网环境下,继电保护系统的可靠性研究已日益显得重要,其可靠性指标的确立和选取依据、可靠性评估所需要的基础数据的统计、评估方法、保护系统动态可靠性及风险研究等都还有待完善。特别在广域保护、全数字化保护等新原理、新技术模式下,由于继电保护装置及相关一次设备构成复杂化,保护可靠性研究需要涉及的因素多、评估难度大,如何有效分析保护系统的可靠性,是当前研究的重要方向。广域保护的可靠性研究主要面临以下几方面的新问题:第一，确定广域保护系统及其装置的可靠性指标、数学模型都还有待研究。第二，作为广域保护重要支撑技术的广域测量系统(WAMS)的可靠性值得思考。第三，当保护装置或保护系统及相关的通讯设备采用备用冗余设计时,该系统成为一个单元件或多元件备用系统,多元件备用系统的可靠性研究也值得关注。

结语

电力系统的发展对继电保护提出了越来越高的要求。随着WAMS技术、先进通讯技术、电子式互感器等的迅速发展和应用,继电保护系统可利用的信息资源、技术资源发生了根本性变化,现阶段继电保护的原理、实现手段和评估方法也在适应电网规模和新兴技术的发展而有所创新,广域保护、全数字化保护、继电保护状态检修、定值在线整定及校核等新原理、新技术应运而生,但因为保护系统的复杂性、不确定性而少见突破性进展。总之,继电保护可靠性及风险评估顺应电力系统发展趋势,符合工程实际需求。

参考文献：

[1]李永丽,李致中.继电保护装置可靠性及其最佳检修周期的研究[J].中国电机工程学报,2014(6).

[2]王钢,丁茂生.数字继电保护装置可靠性研究[J].中国电机工程学报,2015(7).

[3]贺家李.继电保护的可靠性与动态性能仿真[J].电网技术,2013(9).

中图分类号:TM77

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)06-0012-01

作者简介：张少宏(1994-)，男，汉，湖南醴陵人，邵阳学院电气工程系自动化专业，2012级。