鄭璐

【摘 要】繼電保護(hù)系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并能迅速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障或出現(xiàn)的異常情況，從而有選擇可靠地通過(guò)斷路器切除故障部分或發(fā)出信號(hào)及時(shí)采取措施排除故障，擔(dān)負(fù)著保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要任務(wù)，作為保證電力系統(tǒng)承受大擾動(dòng)能力的第一級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)措施。繼電保護(hù)系統(tǒng)不正確動(dòng)作便會(huì)使電力系統(tǒng)的故障擴(kuò)大，甚至可能發(fā)生不良連鎖反應(yīng)而造成電力系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致大面積停電，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，從電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)提出了必須滿足“可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性”的要求。在現(xiàn)代復(fù)雜大規(guī)模電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境下必須加強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)事故的承受力和提高繼電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作的可靠性來(lái)提高電網(wǎng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)系統(tǒng);可靠性;建模分析

1 影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素

1.1繼電保護(hù)系統(tǒng)軟件因素

軟件出錯(cuò)將導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。目前影響微機(jī)保護(hù)軟件可靠性的因素有：需求分析定義不夠準(zhǔn)確;軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失誤：編碼有誤：測(cè)試不規(guī)范：定值輸入出錯(cuò)等。

1.2繼電保護(hù)系統(tǒng)硬件因素

（1）繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)裝置中與繼電保護(hù)可靠性密切相關(guān)的模塊有：電源供應(yīng)模塊;中央處理模塊;數(shù)字量輸入模塊;模擬量輸入模塊：數(shù)字量輸出模塊。（2）二次回路。由二次回路絕緣老化、裸露導(dǎo)致接地等原因造成的故障在繼電保護(hù)系統(tǒng)故障中占有一定比例。（3）繼電保護(hù)輔助裝置。這些輔助裝置包括交流電壓切換箱、三相操作繼電器箱及分相操作繼電器箱等，它們起著極為重要的作用。（4）裝置的通信、通道及接口。高頻保護(hù)的收發(fā)信機(jī)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的光纖、微波的通信接口等裝置系統(tǒng)易于發(fā)生通信阻斷故障。直接影響繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。（5）自動(dòng)重合閘裝置。繼電保護(hù)與重合閘配合消除瞬時(shí)性故障，使電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。（6）斷路器。斷路器是電力網(wǎng)絡(luò)的重要元件，其可靠性不僅關(guān)系到繼電保護(hù)的可靠性，還關(guān)系到電力系統(tǒng)主接線的可靠性。（7）電流互感器、電壓互感器?；ジ衅鲗⒏邏簜?cè)的電壓電流變換成適用于二次回路的電流電壓。其采集量的誤差主要是二次接線錯(cuò)誤和接線的連接松動(dòng)。

1.3人為因素

安裝人員未能按設(shè)計(jì)要求正確接線或接線中極性不正確等誤接線問(wèn)題和檢修、運(yùn)行人員的誤操作問(wèn)題在不少電網(wǎng)中都曾發(fā)生過(guò)。在計(jì)算繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性時(shí)，忽略設(shè)計(jì)部門及制造部門的人員可靠性，認(rèn)為該因素已經(jīng)包含在電子設(shè)備及保護(hù)系統(tǒng)的硬件可靠性中。

2 單主保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障可靠性模型

單個(gè)主保護(hù)的隱藏故障可靠性模型由模型 1給出，如圖 1 所示。受保護(hù)的部件有兩種狀態(tài)：正常狀態(tài) UP 和故障狀態(tài) DN;保護(hù)有四種狀態(tài)：正常狀態(tài) UP 和故障狀態(tài) DN、隱藏非操作狀態(tài) DUN 和隱藏誤操作狀態(tài) DUM。假定 CBM 不能檢查保護(hù)系統(tǒng)的所有故障，因此保護(hù)系統(tǒng)可能處于隱藏故障狀態(tài)，由于隱藏故障狀態(tài)不是故障狀態(tài)，則它沒(méi)有故障后果且不屬于誤操作狀態(tài)或非操作狀態(tài);它僅表明保護(hù)系統(tǒng)處于隱藏的不健康狀態(tài)，并且在某些情況下可能會(huì)發(fā)生故障。例如，當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)外時(shí)，隱藏故障狀態(tài)下的保護(hù)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生誤操作，當(dāng)故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)內(nèi)時(shí)，可能會(huì)錯(cuò)誤地拒絕操作。

在研究保護(hù)系統(tǒng)的可靠性時(shí)，必須考慮系統(tǒng)的每個(gè)狀態(tài)的概率和狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換率。馬爾可夫過(guò)程是分析狀態(tài)切換最為有用的工具[8]。在圖1 中，狀態(tài) 1 表示部件被保護(hù)和保護(hù)設(shè)備的正常狀態(tài);狀態(tài)2 表示當(dāng)部件失效時(shí)，其保護(hù)正常運(yùn)行;在部件修復(fù)后進(jìn)入狀態(tài) 1;狀態(tài) 3 表示部件良好，保護(hù)器有自校驗(yàn)錯(cuò)誤;狀態(tài) 4 表示部件良好，保護(hù)器有非自校驗(yàn)誤操作故障;狀態(tài) 5 表示部件良好，保護(hù)器具有非自校驗(yàn)非操作故障;狀態(tài) 6 表示在外部故障或自身故障情況下觸發(fā)隱藏錯(cuò)誤操作，并發(fā)生非自校驗(yàn)錯(cuò)誤操作;狀態(tài) 7 表示當(dāng)部件發(fā)生故障時(shí)，發(fā)生非自校驗(yàn)的非保護(hù)動(dòng)作;如果部件先修復(fù)，則進(jìn)入狀態(tài) 3;如果保護(hù)先修復(fù)，則進(jìn)入狀態(tài) 2;狀態(tài) 8 表示部件故障，保護(hù)的誤操作被認(rèn)為是正確的操作，在部件修復(fù)后，則進(jìn)入狀態(tài) 4。隱藏的錯(cuò)誤操作狀態(tài)（狀態(tài) 4）可以轉(zhuǎn)換為隱藏的非操作狀態(tài)（狀態(tài)5），反之亦然。

3雙主保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障可靠性模型

模型 2 給出了雙主保護(hù)系統(tǒng)的可靠性模型，如圖 2 所示。該模型與模型 1 相似，但雙主保護(hù)更復(fù)雜，保護(hù)器 P1 和 P2 的位置相同。定義姿P為保護(hù) P1的故障率，主保護(hù)器 P1 的參數(shù)與模型 1 的相同。

對(duì)于保護(hù)器 P2，λP2為保護(hù)失效率，C3為自檢成功率，C4為誤保護(hù)率，P7=P4λP2（1 -C2）為非自校驗(yàn)保護(hù)誤動(dòng)率，P8=C4 λP2（1 -C2）為非自校驗(yàn)非運(yùn)行保護(hù)率，μ2為保護(hù)器的修復(fù)率，μ是兩種保護(hù)的同時(shí)修復(fù)率。定義：C9=C1λP，C10=C2λP2。

4考慮人為誤差的單個(gè)主保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障可靠性模型

人為誤差可以定義為任何不正當(dāng)行為而導(dǎo)致的影響系統(tǒng)正確動(dòng)作的事件。從系統(tǒng)角度來(lái)看，使用可靠的硬件和軟件，人為誤差仍然對(duì)系統(tǒng)安全構(gòu)成極大威脅。人為誤差可分為六類：設(shè)計(jì)誤差、操作者誤差、制造誤差、維修誤差、檢測(cè)誤差和操作誤差。有許多可用于進(jìn)行人為誤差可靠性評(píng)估的技術(shù)，例如 THERP（人為誤差率預(yù)測(cè)技術(shù)），HEART（人為誤差評(píng)估和縮減技術(shù)）等。保護(hù)系統(tǒng)的兩種故障模式分別是誤操作和非操作，人為誤差對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的影響有兩種：誤操作和非操作。在下面的分析中，假定在某些操作和修理之后出現(xiàn)人為誤差?？紤]了人為誤差的單主保護(hù)系統(tǒng)的隱藏故障可靠性模型，如圖 3 所示。該模型以模型 1 為基礎(chǔ)，考慮兩類人為誤差：（1）由于操作人員操作不當(dāng)造成的保護(hù)系統(tǒng)誤操作，例如調(diào)度人員或值班人員不按正確程序操作;（2）維修后保護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有完全回復(fù)。例如修理后保護(hù)設(shè)置不變，這可能導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)的隱藏誤操作或非操作。

結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)數(shù)字保護(hù)系統(tǒng)必須采取措施，不僅要減少誤操作概率和非操作概率，而且要降低隱藏故障狀態(tài)概率。與單主保護(hù)相比，雙主保護(hù)系統(tǒng)增加了隱藏故障狀態(tài)概率，從而降低了實(shí)際狀態(tài)概率，同時(shí)也提高了兩個(gè)主保護(hù)的可靠性。人為誤差率會(huì)增加保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障的狀態(tài)概率，在正常運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中必須降低人為誤差。通過(guò)對(duì)數(shù)字保護(hù)系統(tǒng)中的在線自檢和監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)，CBM 的應(yīng)用可以降低隱藏故障的發(fā)生概率，只有通過(guò)這種方式，才能保證保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：陽(yáng)泉供電公司）