張少宏

(邵陽學(xué)院，湖南 邵陽 422000)

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繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)性分析

張少宏

(邵陽學(xué)院，湖南 邵陽 422000)

摘要：當(dāng)前，我國(guó)繼電保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)能力已經(jīng)取得了較多成績(jī)，且在利用重合閘提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性方面具有領(lǐng)先水平,但隨著電力系統(tǒng)對(duì)二次自動(dòng)裝置的要求日益提高,保護(hù)可靠性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)、管理水平仍待完善,系統(tǒng)地進(jìn)行保護(hù)可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累與挖掘、可靠性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及增強(qiáng)可靠性的措施制定研究對(duì)于加強(qiáng)保護(hù)可靠性及運(yùn)行水平、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；可靠性；風(fēng)險(xiǎn)性

近年來我國(guó)發(fā)送的一系列大停電事故均一定程度地表明,停電事故往往是從系統(tǒng)中某一元件的故障開始,由于控制措施采取不當(dāng)或不及時(shí)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不合理、繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)等因素的單重或多重作用,引發(fā)系列元件故障,這種連鎖性故障的迅速傳播并最終導(dǎo)致了電網(wǎng)的大面積崩潰。

1繼電保護(hù)可靠性理論基礎(chǔ)

1.1繼電保護(hù)可靠性的概念和特點(diǎn)?？煽啃允侵冈⒃O(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定時(shí)間內(nèi),規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于可修復(fù)系統(tǒng),深入分析其可靠性的特點(diǎn)是選取指標(biāo)、建立模型、進(jìn)行可靠性分析的前提。其具有以下特點(diǎn)：第一，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境、自身狀況的可變性,繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠度、失效發(fā)生時(shí)間具有一定的隨機(jī)性和概率性。第二，保護(hù)系統(tǒng)可靠性涉及因素多,其建模、指標(biāo)選取及計(jì)算具有難度。第三，)保護(hù)系統(tǒng)的失效可以分為誤動(dòng)失效和拒動(dòng)失效,在制定可靠性指標(biāo)時(shí)應(yīng)綜合考慮這兩種失效情況,每種失效又可分為可被檢測(cè)的和不可被檢測(cè)兩類。

1.2繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性影響因素。繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性因素主要包括以下方面：第一，裝置硬件。無論是微機(jī)保護(hù)還是全數(shù)字化保護(hù)裝置的老化和損壞會(huì)、運(yùn)行維護(hù)水平及運(yùn)行環(huán)境的干擾等直接影響保護(hù)裝置和系統(tǒng)在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。第二，裝置軟件。軟件的可靠性很難根據(jù)物理要素進(jìn)行預(yù)計(jì),而主要取決于原理性能、系統(tǒng)輸入、系統(tǒng)的使用和軟件設(shè)計(jì)等。第三，互感器等相關(guān)一次設(shè)備。CT、PT等互感器及斷路器等一次設(shè)備通過傳變輸入量和執(zhí)行輸出而直接影響著保護(hù)系統(tǒng)正確反映一次系統(tǒng)狀態(tài)、不拒動(dòng)、不誤動(dòng)的能力。第四，二次回路。當(dāng)前，全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)采用高速網(wǎng)絡(luò)通信代替了二次電纜,二次回路具備了自我監(jiān)測(cè)的能力。電子式互感器與保護(hù)裝置之間的光纖鏈路、交換機(jī)若出現(xiàn)斷鏈或故障,保護(hù)裝置接收不到報(bào)文就會(huì)及時(shí)發(fā)出告警。

2繼電保護(hù)可靠性的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)是指在某一特定環(huán)境下,在某一特定時(shí)間段內(nèi),某種損失發(fā)生的可能性。20世紀(jì)90年代初,為克服之前可靠性研究中注重事故概率,而忽視后果嚴(yán)重的小概率事件的不足,風(fēng)險(xiǎn)的概念逐漸被引入電力系統(tǒng)。風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)具有累積的特性,可計(jì)算系統(tǒng)在未來一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn),也可以計(jì)算系統(tǒng)在未來一段時(shí)間的累積風(fēng)險(xiǎn)。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,對(duì)于保護(hù)系統(tǒng)可靠性模型的考慮還較為粗略,也往往因此影響了評(píng)估效果。為提高電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確程度和保護(hù)系統(tǒng)本身風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的水平,應(yīng)該突破一次系統(tǒng)元件的范疇,建立涵蓋一、二次系統(tǒng)的保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。電力系統(tǒng)安全度和充裕度的概念也應(yīng)合理延伸至保護(hù)系統(tǒng)可靠性研究領(lǐng)域。目前在保護(hù)可靠性研究領(lǐng)域,諸如正確動(dòng)作率、誤動(dòng)率和拒動(dòng)率等指標(biāo)均是從保護(hù)動(dòng)作失效后果統(tǒng)計(jì)的層面來反映繼電保護(hù)整體的長(zhǎng)期可靠性,而對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)短期的動(dòng)態(tài)可靠性考慮不夠。因?yàn)闆]有計(jì)及繼電保護(hù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境對(duì)其的影響,難以有效反映系統(tǒng)方式變化時(shí)繼電保護(hù)的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)。

3繼電保護(hù)可靠性的新進(jìn)展

3.1全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)可靠性。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的頒布、高速以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展及非常規(guī)互感器技術(shù)的實(shí)用化使保護(hù)系統(tǒng)乃至電力系統(tǒng)逐步向全數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。在全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)中,非常規(guī)互感器的數(shù)字信號(hào)輸出通過合并單元。以多播方式發(fā)布到過程總線,保護(hù)等智能電子裝置從過程總線獲取采樣和控制信息。全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)在具有一系列突出優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),其可靠性問題受到普遍關(guān)注。與常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)相比,全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、構(gòu)成元件及工作模式等方面都存在較大差異。建立全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的可靠性模型,對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要意義。在傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)中,更注重對(duì)保護(hù)系統(tǒng)總體可靠性的研究,而對(duì)于全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng),由于其包含更多的電子裝置,總體可靠性指標(biāo)已不足以全面刻畫系統(tǒng)的可靠性。

3.2廣域保護(hù)可靠性。在復(fù)雜大電網(wǎng)環(huán)境下,繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究已日益顯得重要,其可靠性指標(biāo)的確立和選取依據(jù)、可靠性評(píng)估所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、評(píng)估方法、保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性及風(fēng)險(xiǎn)研究等都還有待完善。特別在廣域保護(hù)、全數(shù)字化保護(hù)等新原理、新技術(shù)模式下,由于繼電保護(hù)裝置及相關(guān)一次設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜化,保護(hù)可靠性研究需要涉及的因素多、評(píng)估難度大,如何有效分析保護(hù)系統(tǒng)的可靠性,是當(dāng)前研究的重要方向。廣域保護(hù)的可靠性研究主要面臨以下幾方面的新問題:第一，確定廣域保護(hù)系統(tǒng)及其裝置的可靠性指標(biāo)、數(shù)學(xué)模型都還有待研究。第二，作為廣域保護(hù)重要支撐技術(shù)的廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)的可靠性值得思考。第三，當(dāng)保護(hù)裝置或保護(hù)系統(tǒng)及相關(guān)的通訊設(shè)備采用備用冗余設(shè)計(jì)時(shí),該系統(tǒng)成為一個(gè)單元件或多元件備用系統(tǒng),多元件備用系統(tǒng)的可靠性研究也值得關(guān)注。

結(jié)語

電力系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)提出了越來越高的要求。隨著WAMS技術(shù)、先進(jìn)通訊技術(shù)、電子式互感器等的迅速發(fā)展和應(yīng)用,繼電保護(hù)系統(tǒng)可利用的信息資源、技術(shù)資源發(fā)生了根本性變化,現(xiàn)階段繼電保護(hù)的原理、實(shí)現(xiàn)手段和評(píng)估方法也在適應(yīng)電網(wǎng)規(guī)模和新興技術(shù)的發(fā)展而有所創(chuàng)新,廣域保護(hù)、全數(shù)字化保護(hù)、繼電保護(hù)狀態(tài)檢修、定值在線整定及校核等新原理、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,但因?yàn)楸Ｗo(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜性、不確定性而少見突破性進(jìn)展。總之,繼電保護(hù)可靠性及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估順應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì),符合工程實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李永麗,李致中.繼電保護(hù)裝置可靠性及其最佳檢修周期的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014(6).

[2]王鋼,丁茂生.數(shù)字繼電保護(hù)裝置可靠性研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2015(7).

[3]賀家李.繼電保護(hù)的可靠性與動(dòng)態(tài)性能仿真[J].電網(wǎng)技術(shù),2013(9).

中圖分類號(hào):TM77

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)06-0012-01

作者簡(jiǎn)介：張少宏(1994-)，男，漢，湖南醴陵人，邵陽學(xué)院電氣工程系自動(dòng)化專業(yè)，2012級(jí)。