電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性指標(biāo)探討

中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局 馮健棠

1 繼電保護(hù)設(shè)備在電力系統(tǒng)中的重要作用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)供應(yīng)危機(jī)，提高電力系統(tǒng)輸送的安全性和可靠性已成為電力企業(yè)重要的研究?jī)?nèi)容，繼電保護(hù)裝置的可靠性成為電力企業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)。繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中有著非常重要的作用，會(huì)直接影響著電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。繼電保護(hù)設(shè)備作用主要有：確保電力系統(tǒng)能正常運(yùn)行，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)可在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生警告，同時(shí)對(duì)發(fā)生的電路進(jìn)行切斷，有效降低電力系統(tǒng)的損失，從而能預(yù)防連鎖反應(yīng)的發(fā)生，確保其他電路系統(tǒng)能正常運(yùn)行；監(jiān)控電力系統(tǒng)。先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而可對(duì)故障進(jìn)行預(yù)處理，確保電力系統(tǒng)不會(huì)受到損害。

繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的描述。供電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)體系不但包括電流、電壓互感器、繼電保護(hù)設(shè)備等，還應(yīng)包含剩余電流斷路器甚至自動(dòng)重合門。由于繼電保護(hù)體系是一種連接體系，其任意一環(huán)若發(fā)生故障都將使得整套體系失去了其相應(yīng)的防護(hù)功能，即繼電保護(hù)體系失去了穩(wěn)定性。若所有并聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性均為P(S)，串聯(lián)系統(tǒng)中各個(gè)單元的安全穩(wěn)定性依次為P(x1)、P(x2)、P(x3)、P(x4)，則P(S)=P(x1)P(x2)P(x3)P(x4)，式中：P(x1)為流量、電壓互感器單元的安全穩(wěn)定性；P(x2)為繼電保護(hù)設(shè)備的安全穩(wěn)定性；P(x3)為斷路器跳、合閘機(jī)構(gòu)的可靠性；P(x4)為自動(dòng)重合閘裝置的可靠性。

繼電保護(hù)裝置的原理。電能保障體系中，在供電元件產(chǎn)生故障時(shí)通過可及時(shí)準(zhǔn)確的向操作值班人員發(fā)送警報(bào)信息，以及對(duì)其所操作的剩余電壓斷路器進(jìn)行停機(jī)命令、及時(shí)解除由于故障而可能造成的任何結(jié)果的各種設(shè)備和自動(dòng)保護(hù)措施，而可完成這些自動(dòng)保護(hù)措施的成套硬件裝置稱為繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置。繼電保護(hù)裝置就是通過正確區(qū)分可發(fā)現(xiàn)故障的地方與安全范圍，從而發(fā)送告警信息或把故障去切斷。而在此過程中，能否正確的區(qū)分保護(hù)的元件的正常運(yùn)作與否很是重要，須看是區(qū)域內(nèi)部故障還是區(qū)外故障[1]。

繼電保護(hù)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)，就是要快速、自動(dòng)、精確的把故障元件從控制系統(tǒng)中切斷，甚至是發(fā)出的信號(hào)都被保護(hù)著接受到，同時(shí)系統(tǒng)還須反應(yīng)不正常工作中的元件，此時(shí)不需要迅速的進(jìn)行動(dòng)作、只需把信息及時(shí)反應(yīng)過來即可。另外系統(tǒng)還須可自動(dòng)作出反應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)的問題也可簡(jiǎn)單處理而不需匯報(bào)給有關(guān)工作人員，就這樣節(jié)省了時(shí)間同時(shí)也更加做到了自動(dòng)化。

2 繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性指標(biāo)

在中國(guó)電力工業(yè)改革發(fā)展過程中，電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備可靠性技術(shù)指標(biāo)的地位顯得更加關(guān)鍵。而可靠性標(biāo)準(zhǔn)也是評(píng)價(jià)供電系統(tǒng)可靠性的重要標(biāo)尺，一般包括時(shí)限技術(shù)指標(biāo)、頻譜技術(shù)指標(biāo)和概率指數(shù)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。頻率技術(shù)指標(biāo)一般是指在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)備的總操作次數(shù)與正常操作次數(shù)間的差值；概率指標(biāo)指設(shè)備、控制系統(tǒng)中的元件在規(guī)定時(shí)限內(nèi)，根據(jù)所約定的技術(shù)要求對(duì)規(guī)定的功能幾率加以計(jì)算；一般時(shí)間指標(biāo)指故障設(shè)備由一開機(jī)運(yùn)行到最后出現(xiàn)故障狀態(tài)的平均時(shí)間。

2.1 常規(guī)和非常規(guī)的繼電保護(hù)裝置可靠性指標(biāo)

繼電保護(hù)裝置的工作運(yùn)行狀況，一般有常規(guī)指標(biāo)和非常規(guī)指標(biāo)兩種運(yùn)行狀況。繼電保護(hù)裝置工作的穩(wěn)定性指數(shù)也存在著常規(guī)指標(biāo)率和非常規(guī)指標(biāo)率二類。過去對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備工作的常規(guī)動(dòng)態(tài)率的界定公式為R1/R×100%，非常規(guī)動(dòng)作率的界定公式為(R2+R3)/R×100%。在此處的真正動(dòng)態(tài)頻率相當(dāng)于通常動(dòng)態(tài)頻率與不通常動(dòng)態(tài)頻率之和，即R=R1+R2+R3。

因此，如果某一繼電保護(hù)設(shè)備在一年間，由于整個(gè)系統(tǒng)中未出現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備故障而沒有正常范圍內(nèi)設(shè)備故障動(dòng)態(tài)次數(shù)，在正、相反方向區(qū)外出現(xiàn)的一百多次設(shè)備故障中卻只有一個(gè)誤操作，按照常規(guī)動(dòng)態(tài)率計(jì)算方法，則安全保護(hù)器的常規(guī)動(dòng)態(tài)比為零、而非常規(guī)動(dòng)態(tài)比為百分之一百。這個(gè)結(jié)果肯定是不可接受的，對(duì)安全保護(hù)器的評(píng)判也極不公平和不合理。而所謂非常規(guī)動(dòng)作，通常包括了安全保護(hù)器在正、相反方向區(qū)外故障時(shí)誤操作和在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中正常運(yùn)行時(shí)的誤操作，以及在保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)不動(dòng)作(即誤動(dòng))。因此，既然當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將繼電保護(hù)裝置動(dòng)作視為錯(cuò)誤，則當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)繼電保護(hù)裝置的常規(guī)不動(dòng)作理應(yīng)計(jì)算在常規(guī)不動(dòng)作之列、亦即計(jì)算常規(guī)動(dòng)作率，如此才能真正準(zhǔn)確評(píng)估一個(gè)繼電保護(hù)設(shè)備的工作可靠性指標(biāo)。

2.2 繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行可靠性指標(biāo)

繼電保護(hù)裝置能在故障出現(xiàn)以后對(duì)故障狀態(tài)實(shí)現(xiàn)快速的隔離，并避免裝置遭遇到過大電流或過電壓的破壞。而誤操作和拒動(dòng)則是繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障的最主要原因。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，在輸配電系統(tǒng)中電氣控制和繼電保護(hù)裝置都是集成在一起的，因此一旦多個(gè)剩余電流斷路器產(chǎn)生故障、甚至是某個(gè)剩余電流斷路器出現(xiàn)故障，都會(huì)造成整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)生故障。而由于繼電保護(hù)系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)中是一種十分緊密的連接系統(tǒng)，因此一旦繼電保護(hù)裝置的任一環(huán)發(fā)生故障都會(huì)造成整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能性破壞，而無法使它所具有的功用加以正常的實(shí)現(xiàn)，如此一來將會(huì)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行嚴(yán)重?fù)p害。

目前，在中國(guó)現(xiàn)行的電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)設(shè)備可靠性指標(biāo)如下：故障的正確動(dòng)作率PC1、正反雙向區(qū)的故障正確不動(dòng)作率PC2、正常工作狀態(tài)下的正常不動(dòng)作率PC3；繼電保護(hù)裝備中總的動(dòng)態(tài)率R=R1+R2+R3，其中R1為事故內(nèi)正常動(dòng)態(tài)率、R2為事故區(qū)外的不正常動(dòng)態(tài)率、R3為正常不動(dòng)作率；繼電保護(hù)設(shè)備的不正常動(dòng)態(tài)率E=E1+E2+E3=E11+E12+E2+E3，其中E1正反向區(qū)外故障動(dòng)態(tài)率、E11正確外故障誤操縱率、E12反向區(qū)外故障誤操縱率、E2常規(guī)運(yùn)行時(shí)的誤操縱率、E3保護(hù)區(qū)內(nèi)故障拒動(dòng)作率。

3 提高繼電保護(hù)運(yùn)行可靠性的有效措施

嚴(yán)格把關(guān)。首先要從源頭入手，在開展裝置維護(hù)檢查驗(yàn)收工作過程中，要加強(qiáng)對(duì)檢查驗(yàn)收工作結(jié)果的審核，將新設(shè)備中所產(chǎn)生的隱患進(jìn)行去除，在對(duì)新變電站設(shè)備進(jìn)行的改造工程中，在對(duì)繼電保護(hù)裝置調(diào)試完畢后，建設(shè)施工方須嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量自查并提供有效地驗(yàn)收單，之后再由電力企業(yè)組織驗(yàn)收。在實(shí)際的工作流程中，檢驗(yàn)工作運(yùn)營(yíng)人員檢查驗(yàn)收工作參與度過低，造成運(yùn)營(yíng)人員沒有對(duì)設(shè)備問題的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，也無法解決在新設(shè)備工作流程中所產(chǎn)生的故障，因此運(yùn)營(yíng)人員須協(xié)助維護(hù)管理人員對(duì)新繼電保護(hù)裝置做好調(diào)整工作，并保證各種元件保持在正常的工作狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)工作清潔完畢后在檢查驗(yàn)收單上確定簽字，同時(shí)也要重視檢測(cè)記錄的錄入?？傊?，在實(shí)施電力設(shè)備交付使用前，就須做好對(duì)機(jī)械保護(hù)裝置的全面了解，及早查明存有的主要問題并采用相關(guān)預(yù)防措施加以解決，才能有效減少在運(yùn)行過程中的錯(cuò)誤。

變電站的技術(shù)改造。在進(jìn)行對(duì)保護(hù)裝置選擇過程中，雙重化的保護(hù)配置使保護(hù)原理功能存在差異性，因此對(duì)于繼電保護(hù)裝置的可靠性研究應(yīng)當(dāng)注意同一站內(nèi)的保護(hù)裝置不會(huì)存在過多的差異性。另外需加強(qiáng)對(duì)設(shè)備維護(hù)的便利性，不可一味追求設(shè)備的小型化，從而會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行過程中脫離實(shí)際情況，為后續(xù)工作的檢查帶來嚴(yán)重不便。

引進(jìn)人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)相較于傳統(tǒng)智能技術(shù)而言具備速度快、準(zhǔn)確性高、造成的設(shè)備損失小的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)繼電保護(hù)裝置加以優(yōu)化時(shí)引進(jìn)人工智能技術(shù)，能有效提高繼電保護(hù)設(shè)備裝置的工作效率，監(jiān)督裝置的運(yùn)行狀況，并有效彌補(bǔ)繼電保護(hù)裝置的不足點(diǎn)，同時(shí)人工智能技術(shù)智能化水平高，對(duì)繼電保護(hù)裝置工作運(yùn)行中各個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)客觀，能為繼電保護(hù)裝置可靠性指標(biāo)的優(yōu)化提供有利的參考作用，及時(shí)調(diào)整繼電保護(hù)裝置的不正確狀態(tài)，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

提升繼電保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)水平。在繼電保護(hù)裝置投入運(yùn)行后，要想對(duì)其各項(xiàng)運(yùn)行可靠性指標(biāo)加以優(yōu)化，保證繼電保護(hù)裝置的正常、可靠運(yùn)行，首先就須加強(qiáng)對(duì)整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)的日常運(yùn)行維護(hù)，提高繼電保護(hù)系統(tǒng)維護(hù)水平，力求將各類故障隱患的發(fā)生幾率降到最低。如在日常維護(hù)工作中，應(yīng)注意對(duì)繼電器直流回路絕緣情況、控制電源與信號(hào)電源開關(guān)情況、散熱裝置運(yùn)行情況、保護(hù)裝置外殼牢固情況等進(jìn)行仔細(xì)檢查，如為相關(guān)裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，則需查看顯示器上的運(yùn)行數(shù)據(jù)數(shù)值，判斷是否出現(xiàn)數(shù)值顯示異常、報(bào)警異常等情況。而在定期的維護(hù)工作中，則需嚴(yán)格按照制度規(guī)定完成高頻保護(hù)交迅、時(shí)鐘核對(duì)、微機(jī)保護(hù)裝置采樣值檢查、手動(dòng)啟動(dòng)錄波等各項(xiàng)工作，每項(xiàng)工作的具體維護(hù)周期都需根據(jù)實(shí)際情況而定。

提升人員專業(yè)素質(zhì)。繼電保護(hù)裝置的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行不僅需以高質(zhì)量設(shè)備、裝置作為基礎(chǔ)支撐，同時(shí)也離不開相關(guān)工作人員的專業(yè)支持，只有設(shè)備巡檢、維修等崗位工作人員嚴(yán)格按制度規(guī)定來完成各項(xiàng)工作，繼電保護(hù)裝置的故障發(fā)生幾率與故障修復(fù)率、修復(fù)速度等才能真正得到提升。因此為實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性指標(biāo)的優(yōu)化，同樣還需重視對(duì)相關(guān)工作人員的專業(yè)素質(zhì)提升，組織日常巡檢、維修等崗位的工作人員參加專業(yè)培訓(xùn)活動(dòng)，幫助其強(qiáng)化安全意識(shí)、提升專業(yè)素養(yǎng)，使其能在工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的各類故障隱患，或是在故障發(fā)生后做出有效的故障處理。

綜上，繼電保護(hù)裝置越來越成熟，國(guó)家電網(wǎng)及各級(jí)地方分公司制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)繼電保護(hù)裝置的調(diào)試和運(yùn)行都有了明確規(guī)定。在實(shí)際運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置的研究工作，同時(shí)要提高工作人員的綜合素質(zhì)，才能有效滿足電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的良好運(yùn)行。