電力系統繼電保護及其自動化裝置可靠性研究

孫杰

(國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司 江蘇南京 210000)

繼電保護在電力系統中的電氣設備有著重要的保護作用，它可以保證系統運行的穩定性。一旦系統內部出現故障，繼電保護就可以結合故障原因進行有效防控和處理，防止故障影響大面積擴散。隨著電力系統的發展，人們對電力系統的安全運行要求越來越高，在這樣的情況下，電力系統將會越發復雜，當系統結構復雜化，系統運行故障概率就會更高，而繼電保護能夠在故障產生時及時發出預警，進一步縮小故障影響范圍，及時隔離和反映故障點。一般情況下，電力系統故障點主要是誤動和拒動兩個方面。誤動故障是當繼電保護裝置在運行時，因為外部因素的影響，從而出現誤動情況；拒動故障是繼電保護裝置出現故障時沒有及時采取有效措施，致使故障影響范圍逐漸擴散。在電力系統中安裝自動化裝置可以在電力運行過程中實時監控各項數據情況。在電力系統運行中，繼電保護裝置有著重要的故障動作作用，因此強化繼電保護和自動化裝置對于電力行業的發展來說有著重要意義。

1 電力系統繼電保護與自動化裝置的可靠性、重要性

因為電力系統主要是由繼電保護和自動化裝置以及其他保護設備組建而成，繼電保護能夠第一時間體現電氣設備的運行狀態，如果出現運行問題，能夠及時向工作人員發出信號，方便工作人員及時準確地掌握設備運作情況，從而保障電力系統運行的安全性，進一步研究繼電保護自動化裝置對于電力事業發展來說十分重要。通常情況下，不管是從輸入還是輸出情況分析運行情況，其裝置結構都非常繁雜。因為繼電保護可以促進整個電力系統的正常運作，所以需要在系統運行中設置多種可靠性的數據指標進行表征，如果未來減少電力系統的冗余，也沒必要設置過多的指標。各個國家使用的繼電保護可靠性指標體系大有不同，綜合分析我國具體使用情況，當前我國普遍使用的可靠性指標有以下幾種：第一，成功率，這一指標主要用來表示繼電保護產品能否在規定條件下完成特定功能，如果是實驗室條件下，將會使用實驗成功概率來表示；第二，平均故障時間，這一指標主要是對于一些可以修復的產品，表示聯合故障點之間正常運作時間的平均值，因為繼電保護裝置是可以修復產品，對此可以選擇平均故障時間指標進行表征；第三，有效度，這一指標能夠及時反映繼電保護裝置運作情況和是否可靠。具體有效度的表達公式是A=TMIBF/(TMIBF+TMTTR)，該公式中，A表示有效度；TMTTR則表征為修復所需時間，也就是產品出現故障與產品修復故障所用的平均時間；TMIBF表示為系統平均沒有故障所用的時間[1]。

每個環節的生產模式都會隨著社會的變革，朝著現代化、自動化方向發展，繼電保護和自動化裝置是電力網絡運行的基本條件，深入研究這一課題對于我國電力事業發展非常重要。有效運用繼電保護和自動化設備，可以及時發現系統運行過程中出現的故障，并且能夠第一時間切斷電力接通狀態，并反映系統具體的運行情況。在可靠的故障數據下，電力相關工作人員可以采取有針對性的故障排查工作，減少排查時間，提高工作效率，保證人們生活和社會生產的有序性。

在國家城市化建設不斷推進背景下，電網規模也在不斷革新中，從而逐步擴大供電容量和范圍，提高電力系統運行安全性，只有確保意外不出現，才能保證供電的連續性。一旦出現不可控因素，或不能確保繼電保護設備和自動化裝置的可靠性，致使繼電保護設備出現問題，勢必會影響電力系統的運行和供電質量，最終打亂人們的正常生活和社會生產。因此，必須要重視繼電保護和自動化裝置的可靠性，提高各項設備質量，這是保障社會用電的基礎條件，也是適應時代發展的必要措施[2]。

2 影響繼電保護設備及其自動化裝置的可靠性因素

2.1 設備安全

因為繼電保護設備和自動化裝置的組成部分十分繁雜，因此主要根據設備整體質量和運行狀況進行問題分析。比如一些設備不良生產廠家為了追求自身利益，提高工廠經營利潤，他們會在生產各種設備時減少成本的投入，使用很多質量不符的零件，致使生產的設備本身質量就存在一些問題，從而嚴重影響著電力系統中的設備和自動化運行的安全性和可靠性。若設備中各種零件質量不達標，其構成的設備在運行中就會出現不協調等問題，讓整個設備運作效率下降，無法保證設備自動化運行的安全性。

2.2 設備整定值

整定值是確保繼電保護設備和自動化裝置正常運行的重要數據依據，如果不能準確調整整定值，將會影響設備本身和自動化裝置之間的協調性，以至于設備標準額定范圍和整定值之間出現不匹配的情況，嚴重的話各項設備和自動化系統則不能正常運行，或在運行時出現大量的數據錯誤。因為施工質量和繼電保護設備自動化的可靠性有著密切聯系，如果在施工中出現安裝不規范、設備使用和調試錯誤等現象，就會致使設備整定值出現錯誤，從而提高設備隨機性和不可控性，嚴重影響著設備的運行狀態，最終導致操作人員無法準確控制設備數值和運作[2]。

2.3 二次回路

在電力系統運行中，二次回路有著重要的穩定作用，該環節可以根據電力系統運行中的電源情況深入分析繼電保護和自動化裝置，掌握該系統具體運行情況，對于電子元件來說也會如此。電力系統在供電發展過程中，需要保持長時間的運作，為了確保繼電保護自動化裝置的電源容量和控制的精準度，應及時更新電力系統的電源，以此保證電源能夠有效規避故障發生。因為設備運作時間很長，二次回路的安全性和可靠性會不斷降低，比如：當系統中的電池出現損壞或老化問題，則會影響系統電流的穩定性。立足于電力系統整體運行，還需要進一步分析二次回路所連接的互感器性能和質量，該部件會因為惡劣的環境導致它出現各種零件損壞問題，從而影響了整個電力系統運行的安全性，降低繼電保護自動化裝置的質量和運行效果[3]。

2.4 周邊環境

對于電力系統運行時的周邊環境，也要全面分析各種影響因素，因為設備運行時間長，周邊工作環境的溫度會很高，一到溫度超過相應范圍，就會產生黑色煙氣，當一些雜質堆積過多，則會加快系統裝置老化問題，降低整體系統裝置質量。在分析電力系統中的各項部件時，會發現一些設備接頭、端子有著嚴重的質量和性能問題，因為該部分長期受周邊環境的影響，對此會降低設備運行效率，增加設備接觸不良等負面問題。

3 增強繼電保護與自動化裝置可靠性的策略

3.1 提高繼電保護自動化裝置的可靠性

首先，要實時記錄繼電保護自動化裝置從開始運作到如今的狀況。因為現如今在電力系統中使用的繼電保護自動化裝置的結構比較復雜，相應的功能比較多元化，對此在實際運作時相關參數會發生變化，從而引發裝置故障。所以需要詳細記錄該系統的各時間段的運行情況，保障系統管理工作的高效性。

其次，要精準統計繼電保護自動化裝置的運作狀況。當繼電保護自動化裝置在運作時，相關人員要全面統計各項數據信息，以此及時掌握電力系統各個設備的運作情況，從而達到動態化管理目的；一旦發現系統出現問題，可以有針對性地處理問題，以此保持電力系統的穩定運行。

最后，加大對繼電保護自動化裝置的管理力度。因為電力系統中涉及了很多繼電保護軟件，而這些軟件運行的穩定性是繼電保護自動化裝置正常運行的基本保障，如果沒有提高對繼電保護管理的重視力度，當軟件操作失誤，容易引起繼電保護自動化裝置故障?；诖?，電力企業要不斷改善和執行繼電保護操作制度，提高實際操作約束力，確保各項裝置的正常運行。同時，還要及時升級更新各個軟件系統，定期排查自動裝置運行中的問題，將繼電保護作用充分發揮出來。另外，要定期或不定期地利用計算機系統調試各項裝置軟件，以此提高繼電保護系統在電力系統運行中的適應能力，并幫助相關工作人員及時充分掌握軟件升級后的操作技能，從而保證管理工作的質量，推動電力系統科學發展。

3.2 變壓器

自動化裝置在運用保護變壓器時會使用到以下幾個方法。首先是接地保護，這一方法涉及了接地和不接地變壓器。其次是瓦斯保護，一般情況下，該方法比較適用于變壓器運作中油箱出現問題時的狀況。一旦油箱出現故障，油會在電流中的電弧作用下分解，導致絕緣體基本性能消失，從而產生相應的有毒氣體，威脅著維修人員的生命健康。該裝置在保護變壓器時，通常會根據故障中因為電流引起絕緣體產生有毒氣體的含量情況及時提示維修人員，預防維修人員出現中毒情況。最后是短路保護，該方法主要涉及阻抗繼電和電流繼電保護兩類。其中的電流繼電保護是在設備和電源之間安裝了相應的保護裝置，當設備產生故障時能夠及時切斷電源；而阻抗繼電保護是通過阻抗元件來刺激故障部位，以此對斷電后產生相應的保護作用[4]。

3.3 接地保護

因為電力系統各個路線接地方式不一樣，其中的小電流接地保護系統在發出提示信號后還能運作一段時間，但大電流接地系統一旦出現故障就會立即切斷系統連接，這樣可以讓故障問題擴散速度放慢，從而保護其他設備運行。大小電流接地系統相比，小電流接地系統的使用率更高，如果某一設備產生故障，小電流接地系統會第一時間提示，查看電壓表就可以判斷其零序電壓是否出現問題，這樣的操作系統更加可靠方便。同時該系統還有錄波保護功能，具體來說就是當電力系統出現故障，其可以自動、真實地記錄各項電氣量在故障發生前后產生的變化[5]。

3.4 合并單元隔離方法

合并單元可以為設備的保護水平提高準確地交流采樣數據信息，這些數據采樣和常規微機保護流程相似。如果一些設備在運行時需要帶電、間隔合并部分故障，或需要檢驗相應保護設備數據時，隔離安全范圍要包括可以接收交流采樣數據的監控設備，這樣才能進一步縮小故障影響范圍。針對線路的保護，若該間隔合并單元出現故障，則相關的保護設備采樣數據就會出現偏差或錯誤，最終導致保護功能喪失。為了提高保護設備運作效率，避免出現其他連續故障，應將其他相關保護設備退運，減少故障影響。然而，對于母差保護，如果一些設備是帶電運行，其中某個線路間隔的采樣工作就會出現問題，致使母差保護計算不正確，從而產生錯誤的母差保護動作，所以可以把母差保護退運[6]。

3.5 提升繼電保護的自我調節功能

現如今，我國電力領域中相應技術還在不斷發展中，對于能源的開發技術還需要進一步優化，因此發電廠電力系統會出現很多故障，監測人員要投入大量時間和精力進行檢修。要想進一步強化故障檢查的時效性和可靠性，電力系統可以強化繼電保護及自動化裝置，以此提高繼電保護的調節效率。電力系統可以對比電路周圍出現的異常情況，分析數據庫中相應信息，通過自我調節的方法提高問題排查能力，以此及時采取有效措施糾正故障問題，從而保證電路的通暢性。另外，可以提高電力系統中自動記錄功能，加強故障信息的錄入，為下次故障排查提供參考，并重點檢查之前出現過的故障點。

3.6 預防周邊環境可靠性的影響

要想有效預防周邊環境的負面影響因素，提高電力系統的運行效果，強化繼電保護和自動化裝置，必須要深入分析周邊環境影響因素，比如針對周邊環境中的電磁干擾問題，可以充分發揮電力系統中的傳輸效應，將電磁波干擾問題進一步減少，具體如下。

首先，要有針對性地將電磁干擾濾波排除，確保將這些電磁干擾排除后，電力運輸效率能有效提高，同時可以更具現實情況制定相應的電力傳輸系統，以此保證電力運輸質量。

其次，要將電力傳輸效果充分發揮出來，并有效實行電力系統繼電保護裝置的推動作用，將電磁干擾或其他外部環境因素屏蔽在外[7]。比如：可以建立相應的電磁干擾屏蔽機制，改善專門的繼電保護策略，確保能有效控制電力系統的運輸效率。

最后，可以根據外界雷電干擾情況，設置相應的防雷設施，提高繼電保護和自動化裝置的運行可靠性，同時，合理調試電力系統中的設備運行情況，提高電能運輸效率，優化運行過程中的安全監管工作，從而強化電力系統運行效率。對于電力系統和自動化繼電保護之間的關系，需要根據其中相關的技術內容進行分析，考慮各項設備安全運行的可靠性，不斷探究運輸電線路故障問題的優化策略，比如：可以搭建等比例的仿真模型，強化保護機理研究水平，提高自動化裝置的整體質量[8]。

4 案例分析

根據電力系統繼電保護及自動化裝置運行的安全性和可靠性，重點分析河南某一供電單位案例。在該省某地區，110 kV的變電站，相關運行人員在修改主變保護定值時，其主編零序層出現過電壓保護誤動情況，從而切除了主變三冊的開關裝置。分析這一事件產生的主要原因是操作人員在變電站運行時沒有定期檢查相關輔助設備，導致這些設備長期運行從而引發重要故障，影響了自動化裝置的可靠性。某廠漁子溪電站3 號機組的出口斷路器出現非同期合閘情況，該問題出現的原因是斷路器本體箱的輔助接點轉換開關松動，導致斷路器合閘不成功，這時，將斷路器安置到原來斷開的位置，保持回路和HBJ合閘信號，防止跳繼電器TBJV 出現沒有啟動的情況，如果合閘回路沒有斷開，斷路器就會出現第二次合閘，非同期合閘[9]。如果出現多次的“合”“跳”問題，則會導致電力系統震蕩不止，損壞電流，最終影響自動化裝置運行的可靠性。

5 結語

在經濟社會發展背景下，社會對電力的需求不斷增加，電力資源成為社會進步的重要資源，和人們的日常生活有著密切聯系。因為電力系統的構成比較復雜，在運行過程中會受到各種因素的影響，而繼電保護及自動化裝置是電力系統的重要部分，該系統的穩定運行狀況影響著電力整體質量。對此，繼電保護及自動化裝置的可靠性是保證電力行業科學發展的重要條件，在新形勢下，電力企業必須要重視該系統的保護和增強，以此才能促進電力系統的安全性。