电力系统继电保护的可靠性研究

来源：电气商情网作者：佚名发布日期：2008-6-20 9:22:47

1继电保护的可靠性的概念
　　美国东部时间2003年8月14日发生了有史以来最大的停电事故，100个发电厂(包括22个核电厂)，几十条高压输电线停运，损失负荷达61.8gw，停电时间持续２９小时，停电范围包括美国的８个州和加拿大的安大略省。受停电影响的人口约5000万。经济损失达300亿美元。此次事故引起了全世界的关注。当前，我国的经济正高速发展，电网规模越来越大，同样面临电力系统的可靠性问题。
　　可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置，其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒动作，而在任何其它该保护不应动作的情况下，它不应误动作。
　　继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。但提高其不拒动和提高其不误动作的可靠性的措施往往是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，拒动和误动所造成的危害往往不同。例如当系统中有充足的旋转备用容量，输电线路很多，各系统之间和电源与负荷之间联系很紧密时由于继电保护装置的误动作，使发电机变压器或输电线路切除而给电力系统造成的影响可能很小；但如果发电机变压器或输电线路故障时继电保护装置拒动作，将会造成设备的损坏或系统稳定的破坏，损失是巨大的。在此情况下提高继电保护装置不拒动的可靠性比提高其不误动的可靠性更为重要。
　　但在系统中旋转备用容量很少及各系统之间和负荷和电源之间联系比较薄弱的情况下，继电保护装置的误动作使发电机变压器或输电线切除时，将会引起对负荷供电的中断甚至造成系统稳定的破坏，损失是巨大的。而当某一保护装置拒动时，其后备保护仍可以动作而切除故障，因此在这种情况下提高继电保护装置不误动的可靠性比提高其不拒动的可靠性更为重要。
　　在进行可靠性分析时，常用的方法有概率法，马尔科夫模型法，故障树分析法等。由于继电保护系统属于可修复系统，不适合于用概率法来求解.对保护装置可靠性的分析旨在找出保护装置设计的薄弱环节，寻找最佳的自检周期等。

2继电保护装置的评价指标
继电保护装置属于可修复元件，在分析其可靠性指标时，应该先正确划分其状态。
2.1保护装置常见的状态有
2.1.1正常运行状态。这是保护装置的正常状态。
2.1.2检修状态。为使保护装置能够长期稳定运行，应定期对其进行检修，检修时保护装置退出运行。
2.1.3正常动作状态。这是指被保护元件发生故障时，保护装置正确动作于跳闸的状态。
2.1.4误动作状态。是指保护装置不应动作时，它错误动作的状态。例如，由于整定错误，发生区外故障时，保护装置错误动作于跳闸。
2.1.5拒动作状态。是指保护装置应该动作时，它拒绝动作的状态。例如，由于整定错误或内部机械故障而导致保护装置拒动。
2.1.6故障维修状态。保护装置发生故障后对其进行维修时所处的状态。
2.2目前常用的评价统计指标有
2.2.1正确动作率
　　即一定期限内（例如一年）被统计的继电保护装置的正确动作次数与总动作次数之比。用公式表示为:
　　正确动作率=（正确动作次数/总动作次数）×100
　　用正确动作率可以观测该继电保护系统每年的变化趋势，也可以反映不同的继电保护系统（如220kv与500kv）之间的对比情况，从中找出薄弱环节。对于正确动作率指标，还可以将其细分，按不同的引起误动作的责任，可分属于:制造质量，安装问题，设计部门，调试部门，运行人员和整定计算人员等;按引起误动作的原因，可分为:原理缺陷，元件损坏和特性变化，接线错误，抗干扰能力薄弱和误碰等。正确动作率是目前主要的评价指标。
2.2.2可靠度r(t)(reliabilityattimet)
　　是指元件在起始时刻正常的条件下，在时间区间（0，t）不发生故障的概率。对于继电保护装置，注意力主要集中在从起始时刻到首次故障的时间。
2.2.3可用率a(t)(availabilityattimet)
　　是指元件在起始时刻正常工作的条件下，时刻t正常工作的概率。可靠度与可用率的不同在于，可靠度中的定义要求元件在时间区间(0,t)连续的处于正常状态，而可用率则无此要求。
2.2.4故障率h(t)(failureintensity)
　　是指元件从起始时刻直到时刻t完好条件下，在时刻t以后单位时间里发生故障的概率。
2.2.5平均无故障工作时间mtbf(meantimebetweenfailure)
　　设从修复到首次故障之间的时间间隔为无故障工作时间，则其数学期望值为平均无故障工作时间。
2.2.6修复率m(t)(repairrate)
　　是指元件自起始时刻直到时刻t故障的条件下，自时刻t以后每单位时间里修复的概率
2.2.7平均修复时间mttr(meantimetorepair)
　　平均修复时间是修复时间的数学期望值。
2.3正确动作率指标的分析
　　由于正确动作率是实际中应用最广的，因此以下主要分析正确动作率指标。
　　正确动作率指标能大体反映某些继电保护装置的运行情况，但不可否认的是，该指标并不能完全反映继电保护装置的实际情况。例如：
　　2.3.1在区外或反方向发生故障时，保护装置未误动，此时应该也算作该保护装置正确动作。因为区外短路或反方向短路不动作也是对该保护装置选择性考验的重要组成部分。而现有的统计方法是将区外和反方向短路时的误动作计入不正确动作，但不计入其正确动作的次数，显然这种统计方法是有缺陷的。比如，设某一保护装置一年内在其保护区内未发生过内部故障，但发生了100次外部故障和反方向故障，其中有一次误动，则从统计数据看正确动作率为0，这显然是不符合实际的。
　　2.3.2从上可以看出，当被保护对象的故障频率很低，或者在一段统计时间内并未发生区内故障时，按传统的计算正确动作率的方法得出的结果必然很低，似乎该保护装置不可用，而实际上保护装置可能经过了若干次非区内故障而未误动，但这一事实却不能被现行的统计方法所反映。
　　统计对象的数量对统计数据的影响在该指标中完全不能体现。例如同一型号的保护装置在地区甲投入10套，而在地区乙投入100套，两地区都是一次正确动作，一次误动作，则从统计数据上看，正确率相同，这显然也不符合实际。因为地区乙投入的设备更多，发生故障的几率越大，然而其误动作次数与地区甲相同，因此地区乙保护装置的运行水平应高于地区甲。
　　提高不拒动和误动作，是继电保护可靠性的核心。元件的串联一般说来不误动、易拒动，元件并联一般说来不拒动、易误动。所以，用元件（或装置）的串、并联冗余方式可改变其可靠性性指标，保护装置的并联冗余方式可降低其拒动的概率，而其串联接线方式可降低其误动的概率。微机保护的自检提高了保护装置的可靠性。◎

作者简介
张德瑛:男,大学文化.长庆石油勘探局培训中心讲师.在省部级刊物发表文章30余篇.