电力系统继电保护装置运行可靠性指标探讨

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 冯健棠

1 继电保护设备在电力系统中的重要作用

随着社会经济的发展导致电力系统出现供应危机，提高电力系统输送的安全性和可靠性已成为电力企业重要的研究内容，继电保护装置的可靠性成为电力企业所关注的重点。继电保护装置在电力系统中有着非常重要的作用，会直接影响着电力系统正常运行。继电保护设备作用主要有：确保电力系统能正常运行，当电力系统发生突发状况时可在最短时间内对电力系统发生警告，同时对发生的电路进行切断，有效降低电力系统的损失，从而能预防连锁反应的发生，确保其他电路系统能正常运行；监控电力系统。先进的继电保护设备能对电力系统的运行状态进行实时监控，从而可对故障进行预处理，确保电力系统不会受到损害。

继电保护系统运行状态的描述。供电系统中的继电保护体系不但包括电流、电压互感器、继电保护设备等，还应包含剩余电流断路器甚至自动重合门。由于继电保护体系是一种连接体系，其任意一环若发生故障都将使得整套体系失去了其相应的防护功能，即继电保护体系失去了稳定性。若所有并联系统的安全稳定性均为P(S)，串联系统中各个单元的安全稳定性依次为P(x1)、P(x2)、P(x3)、P(x4)，则P(S)=P(x1)P(x2)P(x3)P(x4)，式中：P(x1)为流量、电压互感器单元的安全稳定性；P(x2)为继电保护设备的安全稳定性；P(x3)为断路器跳、合闸机构的可靠性；P(x4)为自动重合闸装置的可靠性。

继电保护装置的原理。电能保障体系中，在供电元件产生故障时通过可及时准确的向操作值班人员发送警报信息，以及对其所操作的剩余电压断路器进行停机命令、及时解除由于故障而可能造成的任何结果的各种设备和自动保护措施，而可完成这些自动保护措施的成套硬件装置称为继电保护系统装置。继电保护装置就是通过正确区分可发现故障的地方与安全范围，从而发送告警信息或把故障去切断。而在此过程中，能否正确的区分保护的元件的正常运作与否很是重要，须看是区域内部故障还是区外故障[1]。

继电保护控制系统的基本任务，就是要快速、自动、精确的把故障元件从控制系统中切断，甚至是发出的信号都被保护着接受到，同时系统还须反应不正常工作中的元件，此时不需要迅速的进行动作、只需把信息及时反应过来即可。另外系统还须可自动作出反应，对系统的问题也可简单处理而不需汇报给有关工作人员，就这样节省了时间同时也更加做到了自动化。

2 继电保护装置运行的可靠性指标

在中国电力工业改革发展过程中，电力系统的继电保护设备可靠性技术指标的地位显得更加关键。而可靠性标准也是评价供电系统可靠性的重要标尺，一般包括时限技术指标、频谱技术指标和概率指数三个标准。频率技术指标一般是指在规定的时限内继电保护设备的总操作次数与正常操作次数间的差值；概率指标指设备、控制系统中的元件在规定时限内，根据所约定的技术要求对规定的功能几率加以计算；一般时间指标指故障设备由一开机运行到最后出现故障状态的平均时间。

2.1 常规和非常规的继电保护装置可靠性指标

继电保护装置的工作运行状况，一般有常规指标和非常规指标两种运行状况。继电保护装置工作的稳定性指数也存在着常规指标率和非常规指标率二类。过去对继电保护设备工作的常规动态率的界定公式为R1/R×100%，非常规动作率的界定公式为(R2+R3)/R×100%。在此处的真正动态频率相当于通常动态频率与不通常动态频率之和，即R=R1+R2+R3。

因此，如果某一继电保护设备在一年间，由于整个系统中未出现内部设备故障而没有正常范围内设备故障动态次数，在正、相反方向区外出现的一百多次设备故障中却只有一个误操作，按照常规动态率计算方法，则安全保护器的常规动态比为零、而非常规动态比为百分之一百。这个结果肯定是不可接受的，对安全保护器的评判也极不公平和不合理。而所谓非常规动作，通常包括了安全保护器在正、相反方向区外故障时误操作和在现代电力系统中正常运行时的误操作，以及在保护区内故障时不动作(即误动)。因此，既然当动力系统在正常运转时将继电保护装置动作视为错误，则当动力系统在正常运转时继电保护装置的常规不动作理应计算在常规不动作之列、亦即计算常规动作率，如此才能真正准确评估一个继电保护设备的工作可靠性指标。

2.2 继电保护装置的运行可靠性指标

继电保护装置能在故障出现以后对故障状态实现快速的隔离，并避免装置遭遇到过大电流或过电压的破坏。而误操作和拒动则是继电保护装置出现故障的最主要原因。因为通常情况下，在输配电系统中电气控制和继电保护装置都是集成在一起的，因此一旦多个剩余电流断路器产生故障、甚至是某个剩余电流断路器出现故障，都会造成整个电力系统发生故障。而由于继电保护系统在整个电力系统中是一种十分紧密的连接系统，因此一旦继电保护装置的任一环发生故障都会造成整个继电保护系统的功能性破坏，而无法使它所具有的功用加以正常的实现，如此一来将会对继电保护系统的安全性进行严重损害。

目前，在中国现行的电力系统中，继电保护设备可靠性指标如下：故障的正确动作率PC1、正反双向区的故障正确不动作率PC2、正常工作状态下的正常不动作率PC3；继电保护装备中总的动态率R=R1+R2+R3，其中R1为事故内正常动态率、R2为事故区外的不正常动态率、R3为正常不动作率；继电保护设备的不正常动态率E=E1+E2+E3=E11+E12+E2+E3，其中E1正反向区外故障动态率、E11正确外故障误操纵率、E12反向区外故障误操纵率、E2常规运行时的误操纵率、E3保护区内故障拒动作率。

3 提高继电保护运行可靠性的有效措施

严格把关。首先要从源头入手，在开展装置维护检查验收工作过程中，要加强对检查验收工作结果的审核，将新设备中所产生的隐患进行去除，在对新变电站设备进行的改造工程中，在对继电保护装置调试完毕后，建设施工方须严格进行质量自查并提供有效地验收单，之后再由电力企业组织验收。在实际的工作流程中，检验工作运营人员检查验收工作参与度过低，造成运营人员没有对设备问题的进一步认识，也无法解决在新设备工作流程中所产生的故障，因此运营人员须协助维护管理人员对新继电保护装置做好调整工作，并保证各种元件保持在正常的工作状态。现场工作清洁完毕后在检查验收单上确定签字，同时也要重视检测记录的录入。总之，在实施电力设备交付使用前，就须做好对机械保护装置的全面了解，及早查明存有的主要问题并采用相关预防措施加以解决，才能有效减少在运行过程中的错误。

变电站的技术改造。在进行对保护装置选择过程中，双重化的保护配置使保护原理功能存在差异性，因此对于继电保护装置的可靠性研究应当注意同一站内的保护装置不会存在过多的差异性。另外需加强对设备维护的便利性，不可一味追求设备的小型化，从而会导致在实际运行过程中脱离实际情况，为后续工作的检查带来严重不便。

引进人工智能技术。人工智能技术相较于传统智能技术而言具备速度快、准确性高、造成的设备损失小的优势，在对继电保护装置加以优化时引进人工智能技术，能有效提高继电保护设备装置的工作效率，监督装置的运行状况，并有效弥补继电保护装置的不足点，同时人工智能技术智能化水平高，对继电保护装置工作运行中各个区域的数据分析精准客观，能为继电保护装置可靠性指标的优化提供有利的参考作用，及时调整继电保护装置的不正确状态，保障电力系统的安全稳定运行。

提升继电保护系统维护水平。在继电保护装置投入运行后，要想对其各项运行可靠性指标加以优化，保证继电保护装置的正常、可靠运行，首先就须加强对整个继电保护系统的日常运行维护，提高继电保护系统维护水平，力求将各类故障隐患的发生几率降到最低。如在日常维护工作中，应注意对继电器直流回路绝缘情况、控制电源与信号电源开关情况、散热装置运行情况、保护装置外壳牢固情况等进行仔细检查，如为相关装置的运行数据可实现实时动态监测，则需查看显示器上的运行数据数值，判断是否出现数值显示异常、报警异常等情况。而在定期的维护工作中，则需严格按照制度规定完成高频保护交迅、时钟核对、微机保护装置采样值检查、手动启动录波等各项工作，每项工作的具体维护周期都需根据实际情况而定。

提升人员专业素质。继电保护装置的长期可靠运行不仅需以高质量设备、装置作为基础支撑，同时也离不开相关工作人员的专业支持，只有设备巡检、维修等岗位工作人员严格按制度规定来完成各项工作，继电保护装置的故障发生几率与故障修复率、修复速度等才能真正得到提升。因此为实现对继电保护装置运行可靠性指标的优化，同样还需重视对相关工作人员的专业素质提升，组织日常巡检、维修等岗位的工作人员参加专业培训活动，帮助其强化安全意识、提升专业素养，使其能在工作中及时发现继电保护装置的各类故障隐患，或是在故障发生后做出有效的故障处理。

综上，继电保护装置越来越成熟，国家电网及各级地方分公司制定了相应的技术标准，对继电保护装置的调试和运行都有了明确规定。在实际运行过程中应加强对继电保护装置的研究工作，同时要提高工作人员的综合素质，才能有效满足电力系统中继电保护装置的良好运行。