李隆達(dá)

摘要：繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成，繼電保護(hù)的可靠性是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障。筆者首先介紹了繼電保護(hù)可靠性的含義，并根據(jù)繼電保護(hù)的特點(diǎn)分析了可靠性分析技術(shù)及可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后在此基礎(chǔ)上討論了風(fēng)險(xiǎn)管理措施，對(duì)企業(yè)加強(qiáng)繼電保護(hù)有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；可靠性；風(fēng)險(xiǎn)管理；評(píng)估

0 引言

隨著國(guó)家工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度和運(yùn)行效率也得到了大幅提升，這為系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性帶來隱患。由于電網(wǎng)規(guī)模、分布差異性越來越大，產(chǎn)生故障的因素也越來越多，電力市場(chǎng)的開放，也為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。新能源電力在近年來也得到了較快的發(fā)展，系統(tǒng)二次設(shè)備工作的重要性愈發(fā)明顯。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的首道防線，繼電保護(hù)的可靠性對(duì)于確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作有重要意義。

1 繼電保護(hù)可靠性的含義及特點(diǎn)

繼電保護(hù)可靠性指的是元器件在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，確定條件下實(shí)現(xiàn)一定功能的能力。可靠性本身也是一門學(xué)科，從安全性、質(zhì)量和可修性等方面評(píng)價(jià)一件產(chǎn)品或者一套系統(tǒng)。從上述繼電保護(hù)可靠性的定義可以看出，影響繼電保護(hù)可靠性的主要有三個(gè)因素。即時(shí)間、條件和功能實(shí)現(xiàn)。研究繼電保護(hù)可靠性應(yīng)當(dāng)分為兩個(gè)層次：組件和系統(tǒng)。

繼電系統(tǒng)是一種可修復(fù)性的系統(tǒng)，因此具備以下特點(diǎn)：①工作環(huán)境是動(dòng)態(tài)的，可靠性的研究符合隨機(jī)性原則；②影響因素多，進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)難度較高；③可靠性研究需要同時(shí)考慮誤動(dòng)失效和拒動(dòng)失效，兩者有分別可以分成可檢測(cè)和不可檢測(cè)。

2 影響繼電保護(hù)可靠性的因素

研究影響繼電保護(hù)可靠性因素需要分別從硬件、軟件和人為因素三個(gè)方面分析，裝置硬件主要包括電子設(shè)備等，通過利用光纖進(jìn)行輸入，可以有效提高可靠性。裝置軟件中主要依靠軟件算法進(jìn)行保護(hù)，軟件只能從原理、軟件設(shè)計(jì)等方面確?？煽啃?。二次回路是影響繼電保護(hù)可靠性的重要因素，一旦二次回路出現(xiàn)故障，會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)。目前采用的二次回路自帶監(jiān)控功能，一旦出現(xiàn)故障，將第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，將損失降至最低。分析繼電保護(hù)可靠性主要依據(jù)可靠度、可用度、失效密度、失效率、MTBF、修復(fù)分布函數(shù)、修復(fù)密度、修復(fù)率、MTTR等指標(biāo)進(jìn)行分析。

3 繼電保護(hù)失效類型

為了提高繼電保護(hù)可靠性，需要對(duì)繼電保護(hù)失效機(jī)理有足夠的了解。目前繼電保護(hù)的失效形式主要分為硬件失效、原理性失效和環(huán)境干擾失效。硬件失效主要是保護(hù)裝置本身出現(xiàn)問題、二次回路發(fā)生故障等，一般用GO法可以診斷硬件失效。原理性失效主要是軟件出現(xiàn)差錯(cuò)。環(huán)境干擾失效包括人為干擾和天氣干擾，前者主要是對(duì)設(shè)備進(jìn)行了錯(cuò)誤操作，后者則是復(fù)雜的氣候天氣條件對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生影響。

4 風(fēng)險(xiǎn)管理的含義

提出風(fēng)險(xiǎn)的概念主要是為了對(duì)小概率事件進(jìn)行研究，最大程度確保電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。風(fēng)險(xiǎn)管理是在繼電保護(hù)可靠性出現(xiàn)問題之后，對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的不良影響及造成的經(jīng)濟(jì)損失實(shí)現(xiàn)量化評(píng)價(jià)的工作。風(fēng)險(xiǎn)管理工作包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制這三個(gè)主要步驟。風(fēng)險(xiǎn)管理是建立在繼電保護(hù)可靠性分析之上的，通常采用解析法和仿真法，前者側(cè)重于根據(jù)系統(tǒng)中的參數(shù)搭建數(shù)學(xué)模型，然后確定各個(gè)指標(biāo)，這種方法是一種精確算法，通過簡(jiǎn)化條件，得到置信度較高的結(jié)果，但是在處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題時(shí)將會(huì)變得十分繁瑣，繁雜的建模和龐大的計(jì)算量對(duì)計(jì)算的精確度都會(huì)產(chǎn)生很大阻礙。仿真法則是實(shí)際過程進(jìn)行模擬，用模擬的方法得出各項(xiàng)指標(biāo)，仿真法相比解析法約束條件更少，在復(fù)雜的系統(tǒng)分析時(shí)經(jīng)常取得良好的分析效果。

5 繼電保護(hù)可靠性評(píng)價(jià)模型

除了第3節(jié)介紹的GO法外，故障樹解析法和Markov法也經(jīng)常運(yùn)用于可靠性評(píng)價(jià)。故障樹法以最小割集作為計(jì)算原點(diǎn)，并以此推出系統(tǒng)概率。GO法是在故障樹解析法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的實(shí)用性更強(qiáng)的評(píng)價(jià)方法，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)更加直觀和明確。GO法的分級(jí)過程是從定義系統(tǒng)出發(fā)，經(jīng)歷確定邊界、成功準(zhǔn)則、建立GO圖、輸入數(shù)據(jù)、進(jìn)行GO運(yùn)算到最后得到評(píng)價(jià)。

6 繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，要保證時(shí)效性和準(zhǔn)確性，必須不斷優(yōu)化評(píng)估流程，通過動(dòng)態(tài)的保護(hù)動(dòng)作對(duì)各階段的繼電保護(hù)失效進(jìn)行管理，全面地監(jiān)控電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

6.1 制定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案

繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的任務(wù)是降低系統(tǒng)失效的發(fā)生概率，并將失效帶來的損失量化、具體化，便于定量分析?？茖W(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理要求評(píng)估方案包括可靠性模型、評(píng)估具體流程、失效損失程度等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算方法。筆者搭建的繼電保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案包括電網(wǎng)拓?fù)湫畔?、基本?shù)據(jù)模塊、失效模式分解、故障分析板塊和一次系統(tǒng)分析板塊。

6.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)

由于不同繼電保護(hù)失效形式不同，因此失效發(fā)生的概率也不盡相同。除了用概率來表征失效外，還需要確定某個(gè)量值對(duì)失效損失的程度進(jìn)行表示。通常電力系統(tǒng)用充裕性評(píng)估指標(biāo)和安全性評(píng)估指標(biāo)。前者包含LOLP、EENS、ELC等，后者則包括PLOS、MTTIS、PDLC等。由于繼電保護(hù)失效將對(duì)一次系統(tǒng)產(chǎn)生極大的不利，所以把失效造成一次系統(tǒng)改變看為衡量。

6.3 保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)包括絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。為了評(píng)價(jià)失效產(chǎn)生損失的程度，通常用到損失負(fù)荷的概念。損失負(fù)荷通常用最優(yōu)潮流法進(jìn)行求解，軟件使用MATPOWER。

6.4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

首先進(jìn)行拓?fù)浞治觥⒊绷饔?jì)算、整定計(jì)算并讀取相關(guān)值，對(duì)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。以電網(wǎng)拓?fù)錇榛A(chǔ)，然后實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)失效分析，得到硬件系統(tǒng)可靠性，計(jì)算誤動(dòng)概率。再完成系統(tǒng)狀態(tài)分析、計(jì)算負(fù)荷損失。最后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，如果誤動(dòng)源沒有遍歷完畢，則返回進(jìn)行計(jì)算誤動(dòng)概率。

目前繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)管理過程仍然處于初級(jí)階段，評(píng)估效果很難達(dá)到預(yù)期效果。為了提高繼電保護(hù)可靠性，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)確度，突破一次系統(tǒng)的約束，搭建起能夠綜合分析一次、二次系統(tǒng)的評(píng)估模型。

7 小結(jié)

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，繼電保護(hù)逐漸凸顯出智能化、系統(tǒng)化的特征，提高繼電保護(hù)可靠性是確保整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，由于各種原因繼電保護(hù)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生失效現(xiàn)象，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。必須加強(qiáng)繼電保護(hù)可靠性的研究，優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程，通過開發(fā)更加完善的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，為電力行業(yè)的發(fā)展注入新活力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊娟.繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)及其可靠性分析[J].大科技，2014，（28）：62-63.

[2] 孟祥思，郭永升，張煒等.繼電保護(hù)可靠性分析及提高措施[J].商品與質(zhì)量（科教與法），2014，（4）：161.

[3] 王超，高鵬，徐政等.GO法在繼電保護(hù)可靠性評(píng)估中的初步應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31（24）：52-56，85.

[4] 王尚成.基于故障樹分析法的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析[J].電子世界，2014，（23）：64-64.