电厂继电保护系统可靠性的影响因素及提升策略分析

深圳能源环保股份有限公司 梅 林

中国电网规模不断扩大，电力传输模式发生很大变化。电力系统复杂性提高为电力系统安全可靠运行带来很大挑战，近年来电力系统的飞速发展与安全可靠运行矛盾日益突出，而国民经济的快速发展与电力系统的可靠运行有着密切联系，电力系统操作上可能会出现误操作，也可能受到其他突发状况影响，如发生短时操作过电压、雷击过电压、瞬时接地等故障，如电力系统发生短路故障将会导致严重的后果。

继电保护是电力系统的安全屏障，继电保护系统更反映电力设备故障状态，而继电保护的准确动作能快速切除故障、避免事故扩大，将事故对电力系统运行的影响范围降到最低，这将直接影响电力供应安全性。继电保护系统运行中受到各种因素的影响，当发生局部故障时不能快速响应并准确动作将会导致故障范围扩大，而如保护定植设置不合理过于灵敏将会导致故障切除范围过大，导致不必要的停电。因此，继电保护系统不能可靠运行会对电厂及电力系统的安全稳定运行产生极为不利的影响。

1 电厂继电保护系统可靠性的意义

电力是国家经济健康发展的重要能源，不同生产电力方式使用电气自动化设备不同，发电厂继电保护功能是对电厂系统异常结果及时检测报警，继电保护装置具有灵敏的反应能力，可利用继电保护装置快速切断故障源头，因此要充分了解发电厂继电保护运行条件，实现设备最佳保护效果[1]。

电力设备继电保护具有电力系统故障检测切断等多种功能，电厂要重视继电保护装置运行要求，尤其是要符合继电保护装置的灵敏度与选择性等要求。电力系统中设备出现短路、继电保护装置快速切除设备故障，设备故障出现拒动应从相邻设备切除故障。继电保护装置要能及时切除故障，降低用户在大电流运行时间，减少对设备造成的损害以及影响范围，提升电力系统运行的可靠性及稳定性。

发电厂内部电力系统故障伴有强烈短路电流，电厂内部电力系统故障短路电流会产生大量热力，使得电厂设备绝缘性损坏[2]。短路电流造成短路点附近的电力设备烧坏，影响用户正常生产工作，并有可能发生热动力甚至爆炸，对周边的设备及人身安全造成安全隐患。此外，短路电流如果不能及时切除将会导致故障点附近电压大幅降低，而电厂设备电压降低将影响电力系统运行稳定性，且对其他设备的正常运行造成极大的影响，而长时间不稳定运行将会导致电力系统崩溃。因此，继电保护装置应及时切除故障短路电流，降低发电厂内部电力系统压力。

继电保护装置是保障电网按运行安全、可靠性的第一道防线。定期检修并及时更换老化或有潜在故障的继电保护元器件，是提高电厂运行继电保护装置可靠性的有效措施。目前检修体制主要实行计划检修，检修工作安排由管理部门根据相应规程确定，容易忽视备件供应商差异、工艺质量等因素。不同供应商提供的备件可能存在着细微的灵敏性差异，甚至有可能存在质量问题，更换时应认真进行校验并做好相关的实验，避免投入不合格的产品。

此外，随着新投运设备数量的增加，计划检修工作使得专业维护人员疲劳作战，采用周期性检修来排除故障设备缺陷效率较低，造成人力物力资源的浪费[3]。主要原因是目前继电保护检修体制缺乏系统性及科学性，继电保护策略制定人需以继电保护装置运行状态为依据，研究继电保护装置可靠性评估方法，形成标准化流程，调整相应检修策略，有效提高检修效率以及检修质量。

2 继电保护系统的可靠性影响因素

发电厂继电保护在生产中发挥着重要的作用，在设备故障时能切除局部故障或紧急停机处理，而发电厂继电保护设备又存在各种干扰因素，不利于电厂安全运行。当前我国电厂配置继电保护系统由于功能及设备老化，易受到各种因素影响，在该动作的时候拒动导致事故范围扩大，在不该动作的时候误动或将瞬时故障判断为永久故障，将正常运行的设备切除、无法保障电厂安全运行，严重造成人员伤亡事故。继电保护系统可靠性影响因素有多种，主要包括继电保护软件、硬件问题与及人为因素，总体上可分为继电保护自身因素与外部因素。

影响继电保护可靠性的自身因素包括设备质量维护、技术管理缺乏、方案设计不合理等[4]。继电保护系统运行质量受到技术管理工作的影响，继电保护方案制定需了解相关型号保护装置的工作原理，优化继电保护方案及保护定值配置。安装人员未按设计要求正确接线导致误接线等问题将直接影响继电保护系统的可靠性。继电保护装置在电厂运行中出现故障时，可及时分析故障因素并隔离故障，使相关人员能够及时、准确的处理故障。

继电保护系统在电厂运行中能避免故障扩大导致对电力系统的大规模破坏，而软件出错会导致保护装置误动，微机保护软件可靠性影响因素包括软件结构设计失误、定值计算错误、定值配合不合理以及输入错误等。

继电保护装置由电子设备及软件组成，软件出现故障无疑将会影响继电保护系统可靠性进而威胁电网安全，而电子设备出现老化、不够灵敏或失灵将直接影响继电保护装置的可靠性。我国常用继电保护装置多为数字化，传统硬件保护装置主要是微机保护，继电保护装置随着科技的发展不断创新，继电保护由软硬件系统组成，电子设备寿命有限且工作中不断发热容易老化，长期使用会影响继电保护系统安全稳定运行。软件装置是继电保护系统的关键核心，继电保护装置软件架构特殊，其可靠性难以检测，影响因素包括软件设计、操作方法等[5]。此外，电磁式互感器易产生接线故障、影响继电保护安全运行，而电子互感器设备的应用能提升系统使用性能。

继电保护系统可靠性外部影响因素包括雷电及过电压因素等。继电保护系统运行中受到雷电因素影响导致设备损坏，雷电击中接地部件会降低装置运行稳定性。隔离开关动作慢，容易在开关接触点形成电弧闪络，高频作用影响会形成电磁场干扰设备正常运行。电厂继电保护设备运行还受直流电源影响，出现接地故障会影响设备运行，直流回路电路故障会影响继电保护装置运行稳定性[6]。直流负极接地将会导致保护装置拒动，直流正极接地将会导致保护装置误动。发电厂为满足电力生产控制要求所设置的移动通信设备会形成较强辐射，对继电保护装置造成干扰，如磁场耦合到附近弱电子设备回路诱发虚假信号，影响继电保护装置保护效果。因此，在继电保护设备集中的电气设备间应禁止使用无线通信设备，避免高频信号对继电保护装置元器件的可靠性造成影响。

3 电力系统继电保护可靠性评估研究

可靠性是系统定性定量评估等各方面的系统工程，继电保护系统可靠性指的是在电网故障时能正确切除故障的概率。可靠性理论体系普遍采用概率等指标评估，可修复的设备发生故障后可修复后继续使用，可靠性指标要考虑设备的修复概率。不可修复设备可靠性指标用于直接评估系统未发生故障的可靠性，继电保护系统为可修复系统，准确的计算可修复概率对于综合判断继电保护可靠性有很大的帮助。

电力系统可靠性是可接受质量标准向用户供电能力的量度，由于分析方法限制，通常将充裕性与安全性分开研究。电力系统是包含发、输、配电功能区域的网络，通常将电力系统分成发、输、配电系统等子系统，不同子系统有不同可靠性指标。按不同目的可将电力系统可靠性评估分为规划与运行阶段时间跨度，对规划中电力系统进行离线评估分析。电力系统运行中受到扰动，传统可靠性分析无法反映系统运行状态的安全可靠水平，运行可靠性针对特定系统运行状态，可将传统可靠性研究与电网调度自动化结合。

继电保护可靠性指标是可靠性评估体系的研究重点，我国曾使用正确动作率描述继电保护可靠性，有学者建议采用平均无误动作时间评价保护可靠性。保护系统可靠性用于衡量系统可靠性水平，但被保护设备的事故频率存在较大差别，有时又有一定的人为因素，如何结合保护可靠性与经济效益是继电保护可靠性研究的重点。后续还可研究保护错误动作与正确动作造成电力系统经济损失加以比较、作为失效率衡量指标，而随着电压等级的增加，可靠性建立还需反映保护范围及电压等级等装置的特定工作环境。

4 继电保护系统可靠性提升策略

电力系统是国家关键基础设施，随着全球经济规模高速发展，各国电力系统依靠技术进步发展成为结构复杂的自动化网络。继电保护装置保护作用非常重要，发电厂继电工程技术人员要研究继电保护装置可靠性，电厂生产中要注意继电保护装置潜在故障因素的分析与控制，提升继电保护系统运行可靠性需完善管理制度，加强状态监测及运行维护，正确利用微机提取故障分析信息。

继电保护装置能保障电力系统稳定运行，电厂相关工作人员要充分发挥系统保障功能，要对系统操作进行规范化训练，保障系统正常运行。同时要加强系统应用管理，有效保障继电保护装置质量。电力系统安装继电保护装置需要保障稳定性，有效发挥其实际功能。发电厂继电保护装置应安排专业人员监察，电厂实施继电保护要充分安排调度等人员，相关操作人员必须经专业培训学习。不同发电厂应根据电厂特点设置保护装置，开发继电保护设备台账，定期校准等监管制度。科技的发展促进人工智能技术在电力系统中的应用，如遗传算法、模糊逻辑等新型技术，电厂可使用计算机打造智能网络控制系统，提高继电保护装置的可靠性。

为提升电厂保护系统可靠性，继电保护装置要按照说明书规范操作，确保电厂继电保护装置正常运行。要做好继电保护装置应用管理，完善继电保护装置管理制度，保证继电保护作用的发挥。继电保护装置运行速度快，要保证继电保护装置的稳定运行状态，及时掌握电网情况，实现对电网的保护。提升继电保护可靠性需要定期检查，通过电网实时监测满足继电保护装置对运行灵敏度的要求。发现继电保护装置存在耗损等问题，要及时采取维修、更换元器件等提升装置运行可靠性。

电厂继电保护系统运行管理要强化二次回路检查校验。管理人员要定期做好各项工作检查，强化巡检工作力度。重点检查继电器节点等，发现运行隐患及时采取相应措施。为减少电厂继电保护系统可靠性影响因素，要做好装置防护工作。如使用防雷装置提升装置抗雷击性能，针对操作人员做好技能培训，提升电厂继电保护系统运行可靠性。对于经常发生的简单故障要采取简单易行的方法及时排除，特殊故障需要采取特殊的处理方法，要充分利用可靠性、灵敏性高的故障录波装置作为故障处理的重要依据。有些继电保护故障后，按照信号指示无法找到原因，通常是由于工作人员措施不力、设备灵敏性低等原因造成。对于通过录波图形等手段无法采集信号，无法判断故障原因的情况，可利用顺逆序检查法处理继电保护故障。

综上，随着社会经济的发展，对电力系统供电可靠性要求日益提高。发电厂是电能生产的主要基地，继电保护装置能及时发现电力系统的局部故障并对故障进行部分切断，保障电厂设备安全及系统的稳定。随着电力系统高速发展，继电保护向计算机化、数据通信一体化方向快速发展，随着继电保护领域大量新技术的开发与应用，要求工程技术人员不断研究学习，并加强继电保护的规范管理，保障电网安全运行。