馬永亮

（大唐景泰發(fā)電廠設(shè)備部 甘肅省白銀 730408）

繼電保護(hù)系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性探討

馬永亮

（大唐景泰發(fā)電廠設(shè)備部 甘肅省白銀 730408）

近幾年電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力保護(hù)系統(tǒng)的可靠性越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文通過(guò)搭建單一保護(hù)系統(tǒng)的可靠性模型，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)在隱性故障以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化時(shí)可靠性做出更好的評(píng)估，利用數(shù)學(xué)方法完善繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估，增強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性。

繼電保護(hù)；系統(tǒng)；隱性故障；可靠性

1 引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力保護(hù)系統(tǒng)的可靠性有著越來(lái)越高的要求。在電力系統(tǒng)可靠性的研究中，繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要，其存在的隱性故障是造成電力災(zāi)害的導(dǎo)火線，繼電保護(hù)系統(tǒng)的不確定動(dòng)作就會(huì)擴(kuò)大電力系統(tǒng)的故障，不僅影響人們的正常生活，而且會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的安全，所以，繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究具有非常重要的作用。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的含義

繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障作為一種永久性缺陷，會(huì)造成保護(hù)裝置發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作以及導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)不能夠正確的將電路元件切除引起連鎖停電。同時(shí)，也可以將繼電器隱性故障認(rèn)為是系統(tǒng)可能存在的故障，在電網(wǎng)正常運(yùn)行的時(shí)候這些故障是不會(huì)顯示出來(lái)的，當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)這些隱性故障才會(huì)影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行?？偠灾[性故障與一般的故障存在著一定的區(qū)別，繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的存在不會(huì)對(duì)影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，只有發(fā)生特別的情況，例如，電網(wǎng)的運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)繼電保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的隱性故障才會(huì)被激發(fā)，導(dǎo)致繼電系統(tǒng)的保護(hù)裝置發(fā)生錯(cuò)誤的動(dòng)作以及造成連鎖停電的事故，不利于繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

3 繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的特征

3.1 繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的隱蔽性

繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的明顯特征就是隱蔽性，因?yàn)殡[性故障在電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下是不會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)的，也不會(huì)影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所以很難被檢測(cè)到。繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障并不是由繼電器的設(shè)計(jì)水平以及設(shè)計(jì)質(zhì)量決定的，它只有在繼電系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候才會(huì)觸發(fā)，所以很難被檢測(cè)和診斷排出。

3.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的危害性

繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障具有一定的隱蔽性，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)是無(wú)法觀察到的，只有在電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)才會(huì)被引發(fā)，所以在這種毫無(wú)準(zhǔn)備的情況下其造成的損害程度也是比較大的。隱性故障有很多類型組成，每種故障類型造成的危害程度也是不一樣的，主要是由隱性故障存在的位置相關(guān)。

4 繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的危害

4.1 造成大面的危害

繼電保護(hù)系統(tǒng)的責(zé)任是保障整個(gè)電力系統(tǒng)可以安全有效的運(yùn)行。當(dāng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其存在的隱性故障就會(huì)被激發(fā)，導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作，又因?yàn)檫@里個(gè)個(gè)電力系統(tǒng)中存在各式各樣的隱形故障，所以，一旦隱性故障被觸發(fā)，就會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成巨大的危害，不利于繼電器保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

4.2 對(duì)發(fā)電設(shè)備造成危害

繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障是長(zhǎng)期存在的，經(jīng)過(guò)一定的發(fā)展過(guò)程，遇到電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)便會(huì)被觸發(fā)。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不完善或者出現(xiàn)故障的時(shí)候，就無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致故障發(fā)生時(shí)造成一系列的連鎖發(fā)應(yīng)，使整個(gè)電力系統(tǒng)得發(fā)電設(shè)備的損壞，造成嚴(yán)重的后果。

5 擬定繼電保護(hù)裝置可靠性特征量

要想確定繼電保護(hù)裝置可靠性的特征數(shù)量，首先要明確運(yùn)行過(guò)程中保護(hù)裝置的各種狀態(tài)。繼電保護(hù)裝置的工作狀態(tài)為長(zhǎng)時(shí)間接受通電的考驗(yàn)。如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，繼電保護(hù)裝置為了保護(hù)系統(tǒng)做出的一系列動(dòng)作為正確的動(dòng)作，如果不作出任何的動(dòng)作叫做拒動(dòng)，在不該做出任何動(dòng)作時(shí)做出的動(dòng)作叫做非選擇性誤動(dòng)。當(dāng)保護(hù)裝置因?yàn)樽陨沓霈F(xiàn)故障而表現(xiàn)出的動(dòng)作叫做系統(tǒng)無(wú)故障誤動(dòng)。繼電保護(hù)系統(tǒng)的維修狀態(tài)是在一年內(nèi)要進(jìn)行兩次維修，每次維修的時(shí)間為幾個(gè)小時(shí)，也可能是一天兩天。

根據(jù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性概念，綜合繼電保護(hù)裝置的特性，可以對(duì)繼電保護(hù)裝置可靠性的特征量做出以下定義：

（1）無(wú)故障時(shí)的誤動(dòng)率：

（2）誤動(dòng)率（主要包括非選擇性的誤動(dòng)率以及無(wú)故障時(shí)的誤動(dòng)率）：

（3）拒動(dòng)率：

（4）電力系統(tǒng)運(yùn)行的失效率（主要包括誤動(dòng)率和拒動(dòng)率）：

An=誤動(dòng)率+拒動(dòng)率

6 建立馬爾可夫模型分析繼電保護(hù)裝置的可靠性

根據(jù)繼電保護(hù)系統(tǒng)的馬爾科夫特性，利用狀態(tài)空間法得出并分析繼電器保護(hù)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。首先做出以下假設(shè)：①對(duì)繼電器保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評(píng)估不會(huì)影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。②可以被修復(fù)的隱性故障經(jīng)過(guò)修復(fù)之后可以重新被使用。

綜合考慮繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的發(fā)生特點(diǎn)建立繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在結(jié)構(gòu)模型中，主要保護(hù)是P，被保護(hù)的元件是C，正常運(yùn)行狀態(tài)由UP表示，發(fā)生故障之后的停止運(yùn)行狀態(tài)由DN表示，DYM和DYN分別表示隱形誤動(dòng)故障的運(yùn)行狀態(tài)以及隱形拒動(dòng)故障的運(yùn)行狀態(tài)，檢修狀態(tài)由M表示，Km和Kn分別表示電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)DYM和DYN的主要保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)增加的數(shù)量，其中箭頭方向?yàn)樵鲆嬷档姆较?。如果假設(shè)DYM和DYN在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行下的故障率分別為A和B，那么在電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)的DYM和DYN的故障率為A*和B*。

圖1 單一保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖

根據(jù)圖1進(jìn)行分析，處于狀態(tài)一的時(shí)候，主保護(hù)和被保護(hù)的元件是正常運(yùn)行的狀態(tài)，如果主保護(hù)出現(xiàn)隱性故障中的隱形誤動(dòng)故障，電力系統(tǒng)就變?yōu)闋顟B(tài)五，相反如果主保護(hù)出現(xiàn)的是隱性故障中的拒動(dòng)故障，那么電力系統(tǒng)會(huì)變?yōu)闋顟B(tài)六。在狀態(tài)二的情況下，主保護(hù)和被保護(hù)的元件都是處于檢修的狀態(tài)，在檢修的過(guò)程中如果引起DYM，那么電力系統(tǒng)會(huì)變?yōu)闋顟B(tài)六。在狀態(tài)五的情況下，如果被保護(hù)元件出現(xiàn)故障，進(jìn)行主保護(hù)的P就會(huì)自動(dòng)跳閘將被保護(hù)元件切除，這種動(dòng)作是正確的，如果DYM不被發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)變?yōu)闋顟B(tài)七。如果在狀態(tài)五的情況下電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定觸發(fā)主保護(hù)的隱性誤動(dòng)故障，主保護(hù)就會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作切除被保護(hù)的元件，這時(shí)候隱形誤動(dòng)故障就會(huì)被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)變?yōu)闋顟B(tài)四。在狀態(tài)六的情況下，如果被保護(hù)元件出現(xiàn)故障，救護(hù)暴露主保護(hù)元件，電力系統(tǒng)變?yōu)闋顟B(tài)八。以下是馬爾可夫過(guò)渡矩陣：

可以得出，繼電保護(hù)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)下的概率為：P1（t），繼電器保護(hù)系帶隱性故障隱患運(yùn)行的概率為：P5（t）+P6（t），繼電器保護(hù)系統(tǒng)處于故障狀態(tài)以及停止運(yùn)行時(shí)的概率為 P 停（t）=P2（t）+P3（t）+..........P8（t）。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)建立馬爾科夫模型，更好的對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性做出評(píng)估，利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出繼電保護(hù)裝置在各個(gè)狀態(tài)下的穩(wěn)定概率，加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)維修，為繼電保護(hù)裝置的平穩(wěn)安全運(yùn)行提出更多的理論依據(jù)，加強(qiáng)繼電保護(hù)系統(tǒng)基于隱性故障的可靠性，促進(jìn)大力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。

[1]晏國(guó)華.可靠性理論與工程應(yīng)用[J].繼電器，2012（12）：169～170.

[2]高社生，張玲霞.繼電保護(hù)裝置可靠性及其最佳檢修周期的研究[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012（20）：23～24.

[3]李永麗，李致中，楊維.電力系統(tǒng)可靠性原理和應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，21（23）：163～165.

[4]郭永基.繼電保護(hù)裝置可靠性指標(biāo)體系的分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014（20）：145～146.

TM77

A

1004-7344（2016）04-0119-02

2016-1-20

馬永亮（1973-），大專，畢業(yè)于西北電力職工大學(xué)，從事電氣一次二次檢修維護(hù)工作。