遲永波

（國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司松山區(qū)供電分公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用極大地提升了系統(tǒng)的安全性，保證了系統(tǒng)良好地運(yùn)行，而且在自動(dòng)化技術(shù)融入繼電保護(hù)裝置中，更是有力地提升了繼電保護(hù)裝置的保護(hù)性能。但這也相應(yīng)的帶來了一些問題，那就是要求裝置在運(yùn)行時(shí)要有更高的可靠性。為了更好地提高人們對(duì)于繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置可靠性的認(rèn)識(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，通過試驗(yàn)方式來對(duì)繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)化裝置可靠性進(jìn)行檢測(cè)，確保其符合相關(guān)的要求，保證電力系統(tǒng)良好運(yùn)行。相關(guān)人員也需要提高自身在這方面的重視程度，做好這方面試驗(yàn)，確保繼電保護(hù)裝置的可靠性。

一、繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的工作特點(diǎn)

繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中起著重要的保護(hù)作用，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)過載或者短路的情況時(shí)，繼電保護(hù)裝置就能夠及時(shí)切斷電源，避免出現(xiàn)過電流或者過電壓的情況發(fā)生而給電氣設(shè)備造成損壞。在設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下，設(shè)備會(huì)因?yàn)闀r(shí)間積累出現(xiàn)老化的情況，這樣就會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置喪失相應(yīng)的保護(hù)功能，比如不能及時(shí)開啟保護(hù)動(dòng)作或者出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作等。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備突然停電，而如果出現(xiàn)后面一種就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備因?yàn)槎搪坊蛘哌^載出現(xiàn)損壞的情況，從而給企業(yè)帶來巨大的損失。[1]

自動(dòng)化裝置在電力系統(tǒng)中能夠檢測(cè)電能的質(zhì)量，比如電壓、頻率等。同時(shí)還能夠?qū)€路的溫度進(jìn)行反饋，控制設(shè)備的運(yùn)行?？偟膩碚f，自動(dòng)化裝置的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程通信，讓系統(tǒng)功能變得更加多樣化，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)的可靠性要求也更高，一旦出現(xiàn)質(zhì)量瑕疵就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，從而給企業(yè)生產(chǎn)帶來不利的影響。

二、裝置的可靠性測(cè)量指標(biāo)

（一）繼電保護(hù)裝置的可靠性測(cè)量指標(biāo)

對(duì)于繼電保護(hù)裝置而言，要想知道裝置質(zhì)量會(huì)受到哪些因素影響，相關(guān)人員就需要對(duì)繼電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分地了解。當(dāng)下市面上，繼電保護(hù)裝置在類型上是比較多樣的，從輸入端激勵(lì)數(shù)量角度來進(jìn)行劃分的話，可以將繼電保護(hù)裝置分為單激勵(lì)型和多激勵(lì)型兩種，如果從運(yùn)行原理上來進(jìn)行劃分，則可以分為靜態(tài)性和動(dòng)態(tài)性兩種，同時(shí)，繼電保護(hù)裝置也受到電力系統(tǒng)環(huán)境的影響。在實(shí)際中，電力系統(tǒng)的負(fù)載情況以及負(fù)載類型都會(huì)給電力系統(tǒng)自身穩(wěn)定性帶來影響，并且在不同的電力系統(tǒng)下，繼電保護(hù)裝置所發(fā)生的動(dòng)作次數(shù)也是不盡相同的。因此，技術(shù)人員在考慮繼電保護(hù)裝置的可靠性指標(biāo)時(shí)，需要結(jié)合上述兩者情況進(jìn)行全面考慮。結(jié)合實(shí)際中存在的問題，可靠性指標(biāo)可以分為以下幾種。[2]

第一，MTBF、MTTF。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，不同的繼電保護(hù)裝置受到的影響性質(zhì)是不盡相同的，可以分為可修復(fù)產(chǎn)品與不可修復(fù)產(chǎn)品兩種。其中可修復(fù)產(chǎn)品在發(fā)生兩次故障之間的平均時(shí)間MTBF 是一個(gè)重要參考指標(biāo)，對(duì)于不可修復(fù)的產(chǎn)品，則是產(chǎn)品的平均壽命MTTF 具有重要的參考意義。

第二，成功率。成功率也是一個(gè)重要的參考指標(biāo)，所謂的成功率就是電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，面對(duì)電壓波動(dòng)的情況，繼電保護(hù)裝置做出正確動(dòng)作的成功率，即正確動(dòng)作的次數(shù)/（動(dòng)作次數(shù)+需要?jiǎng)幼鞯拇螖?shù)）。

第三，有效度A。這是一個(gè)反映電力系統(tǒng)可靠性的一個(gè)綜合性指標(biāo)。

（二）自動(dòng)化裝置的可靠性測(cè)量指標(biāo)

跟繼電保護(hù)裝置一樣，自動(dòng)化裝置也是處于同一個(gè)電力系統(tǒng)環(huán)境下，因此在對(duì)自動(dòng)化裝置的可靠性測(cè)量時(shí)可以使用類似的可靠性指標(biāo)。但在這其中也要注意一點(diǎn)的是，自動(dòng)化裝置因?yàn)槔^電保護(hù)裝置的保護(hù)，一般不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)而出現(xiàn)巨大的損壞，屬于可修復(fù)產(chǎn)品，因此它的可靠性指標(biāo)只有兩個(gè)，即發(fā)生兩次故障之間的平均時(shí)間MTBF 與有效度A。[3]

三、可靠性試驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在可靠性試驗(yàn)開展之前，試驗(yàn)人員需要對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證其處于一個(gè)合適的環(huán)境下，其中具體數(shù)據(jù)如下，氣壓保持在86～106kPa，相對(duì)濕度控制在45%～75%，環(huán)境溫度要保持在15～35℃。同時(shí)三相電源要采用平衡電源，保證直流電源中電流分量要不超過6%，交流電源的頻率控制在50±0.5Hz 之間，并確保電源正弦波出現(xiàn)畸形波的概率不超過2%或者5%。

（二）MTBF/MTTF 的測(cè)試

要進(jìn)行MTBF/MTTF 的測(cè)試，試驗(yàn)人員需要對(duì)產(chǎn)品規(guī)定進(jìn)行充分了解，然后在此基礎(chǔ)上采用定數(shù)截尾或者定時(shí)的實(shí)驗(yàn)方法。抽樣方案（1－β）可以取值為0.8，然后在此基礎(chǔ)上得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，其中具體數(shù)據(jù)如表1。

表1 MTBF/MTTF 截尾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案

在具體測(cè)試過程中可以分為9 個(gè)步驟來進(jìn)行，第一，先明確MTBF/MTTF 的確定辦法。第二，對(duì)截尾失效數(shù)進(jìn)行合理的選擇。第三，確定產(chǎn)品壽命k 的倍數(shù)與結(jié)尾時(shí)間。第四，明確實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)。第五，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行抽取。第六，正式開展實(shí)驗(yàn)。第七，對(duì)相關(guān)失效數(shù)R 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。第八，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)間T 進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)計(jì)。第九，根據(jù)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果判定。在實(shí)驗(yàn)過程中，如果失效數(shù)R 小于截尾失效數(shù)RC，并且所累計(jì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間T 達(dá)到結(jié)尾時(shí)間Tc 時(shí)，則可以判定為裝置處于接收的狀態(tài)；反之，當(dāng)失效數(shù)R 大于等于截尾失效數(shù)RC，并且累計(jì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間T 小于結(jié)尾時(shí)間Tc 時(shí)，判定裝置為拒收狀態(tài)。[4]

（三）成功率C 的測(cè)試

對(duì)于成功率實(shí)驗(yàn)開展，主要是測(cè)試?yán)^電保護(hù)裝置的保護(hù)性能。試驗(yàn)人員可以通過信號(hào)模擬的方式，判斷繼電保護(hù)裝置在受到信號(hào)干擾時(shí)是否能夠保持正確的工作。在具體實(shí)驗(yàn)中，試驗(yàn)人員需要選擇多個(gè)樣本，即n 個(gè)，然后對(duì)這些樣本進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其整體的故障率。為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)人員要保證實(shí)驗(yàn)樣本的基礎(chǔ)足夠大，在這過程中，也可以對(duì)一個(gè)樣本進(jìn)行多次測(cè)試，檢測(cè)其性能的穩(wěn)定性。

在對(duì)成功率C 進(jìn)行計(jì)算時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員可以根據(jù)以下公式來進(jìn)行計(jì)算，即成功率C=（n-r1-r2）/n，其中r1 指的是繼電保護(hù)裝置沒有做出保護(hù)動(dòng)作的次數(shù)，r2 指的是繼電保護(hù)裝置做出錯(cuò)誤動(dòng)作的次數(shù)。對(duì)于保護(hù)成功率的單側(cè)下限計(jì)算，實(shí)驗(yàn)人員可以按照公式C1=（n-r）/n-r＋（r＋1）Fa（v1v2），這其中a 為置信度，在0.1～0.9 之間進(jìn)行取值，v1v2 表示自由度。確定a 的值，實(shí)驗(yàn)人員就可以通過相關(guān)的表來查出Fa（v1v2）的值。

對(duì)于成功率C 的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)人員可以按照以下幾個(gè)步驟來進(jìn)行操作。第一，明確繼電保護(hù)裝置做出正確動(dòng)作的成功指標(biāo)。第二，對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)n 進(jìn)行確定。第三，采用信號(hào)模擬的方式對(duì)繼電保護(hù)裝置給予動(dòng)作刺激。第四，實(shí)驗(yàn)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)總次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。第五，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中失效的總次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。第六，按照上述的公式計(jì)算成功率，得出相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

四、可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)估

完成實(shí)驗(yàn)操作后，實(shí)驗(yàn)人員需要對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)有效的評(píng)估。在具體可靠性評(píng)估過程中，實(shí)驗(yàn)人員需要從MTBF、MTTF、有效率、裝置故障率、裝置故障動(dòng)作、裝置正確動(dòng)作六個(gè)方面做出有效評(píng)估。

第一，MTBF 評(píng)估。這個(gè)主要指的是可修復(fù)產(chǎn)品在經(jīng)歷兩次故障之間的平均時(shí)間，其中估算計(jì)算值可以按照公式m=T/r 來計(jì)算，其中參數(shù)T 指的是扣除維修故障時(shí)間的設(shè)備總運(yùn)行時(shí)間，r 則為繼電保護(hù)裝置故障次數(shù)。

第二，MTTF 評(píng)估。對(duì)于繼電保護(hù)裝置維修一次故障所花費(fèi)的時(shí)間進(jìn)行評(píng)估時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員可以按照公式上述MTBF 評(píng)估的計(jì)算公式來進(jìn)行計(jì)算，即m1=T1/r，其中T1 是整個(gè)裝置發(fā)生故障的總時(shí)間，r 則為繼電保護(hù)裝置故障次數(shù)。

第三，對(duì)有效率進(jìn)行評(píng)估時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員可以將裝置正常運(yùn)行時(shí)間與實(shí)驗(yàn)總時(shí)間相比，計(jì)算公式為A=MTBF/（MTBF+MTTR）。[5]

第四，對(duì)裝置的故障率進(jìn)行評(píng)估時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員只要將裝置故障時(shí)間除以實(shí)驗(yàn)總花費(fèi)的時(shí)間，就能夠得到這個(gè)裝置的故障率。

第五，繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作率評(píng)估。實(shí)驗(yàn)人員可以將裝置在實(shí)驗(yàn)中正確的工作次數(shù)除以整個(gè)實(shí)驗(yàn)中裝置動(dòng)作的總次數(shù)，兩者的比值就是對(duì)繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作率的評(píng)估。

第六，跟正確動(dòng)作率評(píng)估一樣，故障動(dòng)作次數(shù)的評(píng)估是將裝置在實(shí)驗(yàn)中錯(cuò)誤動(dòng)作與未動(dòng)作的次數(shù)總和，與整個(gè)裝置的總動(dòng)作次數(shù)相比，所得到的數(shù)值就是故障動(dòng)作次數(shù)評(píng)估情況。

五、結(jié)論

綜上所述，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置可靠性將會(huì)給系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來直接的影響。為了更好地了解繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的可靠性，可以通過試驗(yàn)的方式來對(duì)其可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)人員要認(rèn)識(shí)到可靠性試驗(yàn)是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)且復(fù)雜的過程，需要實(shí)驗(yàn)人員采用多次實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)化裝置可靠性指標(biāo)進(jìn)行明確，了解相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算方法。實(shí)驗(yàn)人員要保持足夠的細(xì)心與耐心，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，然后在此基礎(chǔ)上，對(duì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置可靠性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)有效的評(píng)估，確保繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置能夠更好地發(fā)揮其保護(hù)作用。