220 kV 及以上电压输电线路的继电保护可靠性及状态检修

2020-04-13彭东虎王广跃郭振华

通信电源技术 2020年4期

彭东虎，石瑞，王广跃，郭振华

（国网安徽省电力有限公司滁州供电公司，安徽滁州 239000）

0 引言

随着人们生活水平的提高，电力已经成为人们生活中重要的部分。一般生产生活使用电源都是220 kV的电压，所以人们对200 kV 段的电压要求比较严格。此外，继电保护作为电力系统可靠运行的关键，通过检测其运行效果并进行修复，以防止输电线路出现故障问题。

1 输电线路负载电压为220 kV 或超过220 kV 时的继电保护可靠性分析

1.1 继电保护基础组件的可靠性分析

220 kV 或超过220 kV 输电线路中的继电保护设施的基础组件主要有：继电保护单元、设备间的多种接口和通信通道、二次回路单元、部分互感器以及辅助装置等[1-2]。继电器保护基础组件故障主要有断路器故障和组件失效两种。图1 为根据两种故障所建立的继电保护基础组件故障树模型。

R1、R2分别是用来表示继电保护组件中的断路器缺损和保护元件缺损；①、②则表示或门和与门逻辑；P1为断路器的损坏问题；P2为断路器状态良好；P3为电压电流互感器损坏问题；P4为二次回路损坏问题；P5为继电保护组件损坏问题；P6为各个设备间的接口和通信通道；P7为辅助设备损坏问题。

图1 继电保护基础组件故障树模型

以A表示断路器状态良好，以表示断路器损坏，以B表示保护装置状态良好，以*B表示保护措施损坏，因此组件故障可以表示为：

设P1到P7这七种情况分别表示P1到P7发生的概率，依据故障模型进行计算，计算公式为：

对式（2）进行分析可知，要确定220 kV 和超过220 kV 输电线路的继电保护组件的基础元件部分的失效概率，就要确定各个组件故障的发生概率。健康指数通常用来表示整体组件运行是否可靠，这一数据需要对各个元件进行检测并通过计算得到，计算公式为：

其中，PS用于表示组件发生故障的概率；K表示为比例系数；C为曲率系数；H1表示健康系数。

1.2 继电保护运行软件可靠性分析

220 kV 或超过220 kV 以上输电线路的继电保护设施中的软件主要起到保护继电装置的作用，如果软件程序出现问题就会导致保护装置暂停运行。依据软件的功能，建立相关数学模型，从而计算出软件的故障率，依据故障率来判断输电线路保护装置的可靠性，具体公式如下：

其中，λ为软件故障率；λ0为软件的初始故障率；μ表示软件运行的总错误数量；θ表示故障缩减系数。

2 可靠性影响因素解析

2.1 继电保护组件可靠性数据库设计

微软曾经发布过一款关系数据库管理系统。此数据库的组成单元分别为：表、报表、页、宏、查询、模块、窗体等。此系统的作用是将大量的数据源进行整合，完善数据对接功能及数据共享更新[2-3]。此数据库的计算能力和分析能力十分强劲，可以快速处理系统中的数据。

研究保护组件的可靠性需要依靠准确的数据，因此在收集数据时，需要对数据集进行筛选，避免出现数据干扰的情况。实现这一目标需要凭借数据库来进行数据筛选，处理继电保护组件的初始数据，对可靠性指标进行分析，从而收集正确的数据。

2.2 模型内部变量分析

对数据库模型的内部变量进行分析，分析的变量主要有如下3 种：周期性检查效率、状态审核效率、工人修理效率。这3 种变量的变化会影响保护组件的可靠性测量，保护组件的可用度计算公式如下：

其中，MTBF状态可靠的平均无故障时间；MTTD为平均检查时间；MTTR为工人平均修理时间。

根据数据计算分析可知，继电保护组件的可用度大小伴随工人修理效率和状态审核效率的提升而增大。因此运用状态修理组件的可用度要大于定期修理组件的可用度。

3 继电保护组件状态检修

继电保护组件状态修理要凭借组件的历史运行状态数据和当下运行数据，这些数据同样需要进行分析和处理，从而确定实际检修方案[4]。

3.1 继电保护组件的可靠性受检修期长短的影响

继电保护组件的失效概率通常为一个确定常数，由于故障随机发生，且呈指数分布，所以继电保护组件的失效率随着检修时间的缩短而上升，并导致可靠性下降。

对修理周期进行分析可以了解到，当修理周期为零时，组件只检修不保护，此时组件的可用度为零；当增加修理周期也保持修理时间不变时，继电器保护组件的作用会逐渐消失，所以要明确一个合适的修理周期，来维持继电保护组件的可靠性[5]。

3.2 组件可靠性的状态修理

3.2.1 串联继电保护组件可靠性计算

构建此类型组件模型较为简单，只需要将各个元件进行串联即可，但问题在于任何单个元件出现故障将导致整个组件无法运作。此装置的计算公式为：

R(t)为组件总可靠度；R1(t)…Rn(t)为组件内部串联元件的可靠度。

3.2.2 继电器保护组件的修理方式

由于继电保护组件内部存在的回路较多，且种类繁杂，因此要简化分析要从如下三个方面入手：保护组件、输入及跳合闸回路。通过确认各个故障的实际情况来确定每个元件的可靠程度。通过计算分析可知，标定输电线路的保护组件可靠度阈值，若某时间点位置的可靠度小于标定阈值，则表示继电保护组件需要进行检修。

3.3 实例应用

要确定文中的方案是否具备可行性，需要进行实例验证。选取某地的500 kV 输电线路配置进行测试，经过工作人员的状态检修数据对比后，可以了解到在单位数据限制条件下，本文的继电保护组件修理方法正确动作次数为290，而传统方式的检修正确动作次数为200 次以下，因此可确定本文的方式具备实际可行性和显著优势[6]。