電力系統繼電保護裝置運行可靠性指標探討

中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局 馮健棠

1 繼電保護設備在電力系統中的重要作用

隨著社會經濟的發展導致電力系統出現供應危機，提高電力系統輸送的安全性和可靠性已成為電力企業重要的研究內容，繼電保護裝置的可靠性成為電力企業所關注的重點。繼電保護裝置在電力系統中有著非常重要的作用，會直接影響著電力系統正常運行。繼電保護設備作用主要有：確保電力系統能正常運行，當電力系統發生突發狀況時可在最短時間內對電力系統發生警告，同時對發生的電路進行切斷，有效降低電力系統的損失，從而能預防連鎖反應的發生，確保其他電路系統能正常運行；監控電力系統。先進的繼電保護設備能對電力系統的運行狀態進行實時監控，從而可對故障進行預處理，確保電力系統不會受到損害。

繼電保護系統運行狀態的描述。供電系統中的繼電保護體系不但包括電流、電壓互感器、繼電保護設備等，還應包含剩余電流斷路器甚至自動重合門。由于繼電保護體系是一種連接體系，其任意一環若發生故障都將使得整套體系失去了其相應的防護功能，即繼電保護體系失去了穩定性。若所有并聯系統的安全穩定性均為P(S)，串聯系統中各個單元的安全穩定性依次為P(x1)、P(x2)、P(x3)、P(x4)，則P(S)=P(x1)P(x2)P(x3)P(x4)，式中：P(x1)為流量、電壓互感器單元的安全穩定性；P(x2)為繼電保護設備的安全穩定性；P(x3)為斷路器跳、合閘機構的可靠性；P(x4)為自動重合閘裝置的可靠性。

繼電保護裝置的原理。電能保障體系中，在供電元件產生故障時通過可及時準確的向操作值班人員發送警報信息，以及對其所操作的剩余電壓斷路器進行停機命令、及時解除由于故障而可能造成的任何結果的各種設備和自動保護措施，而可完成這些自動保護措施的成套硬件裝置稱為繼電保護系統裝置。繼電保護裝置就是通過正確區分可發現故障的地方與安全范圍，從而發送告警信息或把故障去切斷。而在此過程中，能否正確的區分保護的元件的正常運作與否很是重要，須看是區域內部故障還是區外故障[1]。

繼電保護控制系統的基本任務，就是要快速、自動、精確的把故障元件從控制系統中切斷，甚至是發出的信號都被保護著接受到，同時系統還須反應不正常工作中的元件，此時不需要迅速的進行動作、只需把信息及時反應過來即可。另外系統還須可自動作出反應，對系統的問題也可簡單處理而不需匯報給有關工作人員，就這樣節省了時間同時也更加做到了自動化。

2 繼電保護裝置運行的可靠性指標

在中國電力工業改革發展過程中，電力系統的繼電保護設備可靠性技術指標的地位顯得更加關鍵。而可靠性標準也是評價供電系統可靠性的重要標尺，一般包括時限技術指標、頻譜技術指標和概率指數三個標準。頻率技術指標一般是指在規定的時限內繼電保護設備的總操作次數與正常操作次數間的差值；概率指標指設備、控制系統中的元件在規定時限內，根據所約定的技術要求對規定的功能幾率加以計算；一般時間指標指故障設備由一開機運行到最后出現故障狀態的平均時間。

2.1 常規和非常規的繼電保護裝置可靠性指標

繼電保護裝置的工作運行狀況，一般有常規指標和非常規指標兩種運行狀況。繼電保護裝置工作的穩定性指數也存在著常規指標率和非常規指標率二類。過去對繼電保護設備工作的常規動態率的界定公式為R1/R×100%，非常規動作率的界定公式為(R2+R3)/R×100%。在此處的真正動態頻率相當于通常動態頻率與不通常動態頻率之和，即R=R1+R2+R3。

因此，如果某一繼電保護設備在一年間，由于整個系統中未出現內部設備故障而沒有正常范圍內設備故障動態次數，在正、相反方向區外出現的一百多次設備故障中卻只有一個誤操作，按照常規動態率計算方法，則安全保護器的常規動態比為零、而非常規動態比為百分之一百。這個結果肯定是不可接受的，對安全保護器的評判也極不公平和不合理。而所謂非常規動作，通常包括了安全保護器在正、相反方向區外故障時誤操作和在現代電力系統中正常運行時的誤操作，以及在保護區內故障時不動作(即誤動)。因此，既然當動力系統在正常運轉時將繼電保護裝置動作視為錯誤，則當動力系統在正常運轉時繼電保護裝置的常規不動作理應計算在常規不動作之列、亦即計算常規動作率，如此才能真正準確評估一個繼電保護設備的工作可靠性指標。

2.2 繼電保護裝置的運行可靠性指標

繼電保護裝置能在故障出現以后對故障狀態實現快速的隔離，并避免裝置遭遇到過大電流或過電壓的破壞。而誤操作和拒動則是繼電保護裝置出現故障的最主要原因。因為通常情況下，在輸配電系統中電氣控制和繼電保護裝置都是集成在一起的，因此一旦多個剩余電流斷路器產生故障、甚至是某個剩余電流斷路器出現故障，都會造成整個電力系統發生故障。而由于繼電保護系統在整個電力系統中是一種十分緊密的連接系統，因此一旦繼電保護裝置的任一環發生故障都會造成整個繼電保護系統的功能性破壞，而無法使它所具有的功用加以正常的實現，如此一來將會對繼電保護系統的安全性進行嚴重損害。

目前，在中國現行的電力系統中，繼電保護設備可靠性指標如下：故障的正確動作率PC1、正反雙向區的故障正確不動作率PC2、正常工作狀態下的正常不動作率PC3；繼電保護裝備中總的動態率R=R1+R2+R3，其中R1為事故內正常動態率、R2為事故區外的不正常動態率、R3為正常不動作率；繼電保護設備的不正常動態率E=E1+E2+E3=E11+E12+E2+E3，其中E1正反向區外故障動態率、E11正確外故障誤操縱率、E12反向區外故障誤操縱率、E2常規運行時的誤操縱率、E3保護區內故障拒動作率。

3 提高繼電保護運行可靠性的有效措施

嚴格把關。首先要從源頭入手，在開展裝置維護檢查驗收工作過程中，要加強對檢查驗收工作結果的審核，將新設備中所產生的隱患進行去除，在對新變電站設備進行的改造工程中，在對繼電保護裝置調試完畢后，建設施工方須嚴格進行質量自查并提供有效地驗收單，之后再由電力企業組織驗收。在實際的工作流程中，檢驗工作運營人員檢查驗收工作參與度過低，造成運營人員沒有對設備問題的進一步認識，也無法解決在新設備工作流程中所產生的故障，因此運營人員須協助維護管理人員對新繼電保護裝置做好調整工作，并保證各種元件保持在正常的工作狀態?，F場工作清潔完畢后在檢查驗收單上確定簽字，同時也要重視檢測記錄的錄入?？傊?，在實施電力設備交付使用前，就須做好對機械保護裝置的全面了解，及早查明存有的主要問題并采用相關預防措施加以解決，才能有效減少在運行過程中的錯誤。

變電站的技術改造。在進行對保護裝置選擇過程中，雙重化的保護配置使保護原理功能存在差異性，因此對于繼電保護裝置的可靠性研究應當注意同一站內的保護裝置不會存在過多的差異性。另外需加強對設備維護的便利性，不可一味追求設備的小型化，從而會導致在實際運行過程中脫離實際情況，為后續工作的檢查帶來嚴重不便。

引進人工智能技術。人工智能技術相較于傳統智能技術而言具備速度快、準確性高、造成的設備損失小的優勢，在對繼電保護裝置加以優化時引進人工智能技術，能有效提高繼電保護設備裝置的工作效率，監督裝置的運行狀況，并有效彌補繼電保護裝置的不足點，同時人工智能技術智能化水平高，對繼電保護裝置工作運行中各個區域的數據分析精準客觀，能為繼電保護裝置可靠性指標的優化提供有利的參考作用，及時調整繼電保護裝置的不正確狀態，保障電力系統的安全穩定運行。

提升繼電保護系統維護水平。在繼電保護裝置投入運行后，要想對其各項運行可靠性指標加以優化，保證繼電保護裝置的正常、可靠運行，首先就須加強對整個繼電保護系統的日常運行維護，提高繼電保護系統維護水平，力求將各類故障隱患的發生幾率降到最低。如在日常維護工作中，應注意對繼電器直流回路絕緣情況、控制電源與信號電源開關情況、散熱裝置運行情況、保護裝置外殼牢固情況等進行仔細檢查，如為相關裝置的運行數據可實現實時動態監測，則需查看顯示器上的運行數據數值，判斷是否出現數值顯示異常、報警異常等情況。而在定期的維護工作中，則需嚴格按照制度規定完成高頻保護交迅、時鐘核對、微機保護裝置采樣值檢查、手動啟動錄波等各項工作，每項工作的具體維護周期都需根據實際情況而定。

提升人員專業素質。繼電保護裝置的長期可靠運行不僅需以高質量設備、裝置作為基礎支撐，同時也離不開相關工作人員的專業支持，只有設備巡檢、維修等崗位工作人員嚴格按制度規定來完成各項工作，繼電保護裝置的故障發生幾率與故障修復率、修復速度等才能真正得到提升。因此為實現對繼電保護裝置運行可靠性指標的優化，同樣還需重視對相關工作人員的專業素質提升，組織日常巡檢、維修等崗位的工作人員參加專業培訓活動，幫助其強化安全意識、提升專業素養，使其能在工作中及時發現繼電保護裝置的各類故障隱患，或是在故障發生后做出有效的故障處理。

綜上，繼電保護裝置越來越成熟，國家電網及各級地方分公司制定了相應的技術標準，對繼電保護裝置的調試和運行都有了明確規定。在實際運行過程中應加強對繼電保護裝置的研究工作，同時要提高工作人員的綜合素質，才能有效滿足電力系統中繼電保護裝置的良好運行。