基于高电压电网继电保护可靠性的研究

陈金林，陈平耕

（1.国网江苏省电力工程咨询有限公司，江苏 南京 210008；2.国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，江苏 常州 213000）

0 引 言

近几年，在电力系统中发展最快的是自动化技术，同时相关的设备零部件也有所增加，使得整体的结构变得更加复杂，提升了设备性能和功能，也增加了电力风险因素。电力系统中的继电保护系统能够发挥作用，在故障以及风险发生时，能在最短时间与最小范围内自动将故障机器从系统中抽出或是向工作人员发出信号。

1 我国继电保护系统的发展现状

由于我国工业起步较晚，在发展过程中一直处于相对落后的状态。电力系统的继电保护系统历经了十几年的发展。20世纪40年代创办了电气保障学科与电气保护设计，创办了继电保护制造业与电气机械保护技术团队。20世纪50年代初，晶体管电保障的研究兴起，在20世纪60年代与80年代得到了广泛使用。从20世纪70年代中期以后，人们开始分析集成运算放大器的集成电路保障，在80年代初产生了替代晶体管保障的比较完备的系统[1-2]。我国的继电保护技术从20世90年代进入计算机保障时代，研发了计算机保护软件。由于继电保护系统中计算机技术和通信技术的使用，使得我国的继电保护系统逐渐向智能化、自动化以及网络化的方向发展。

2 继电保护系统的可靠性分析

2.1 继电保护系统的可靠性分析

电力系统中，继电保护装置以保护为重点。在电力系统爆发故障时，继电保护装置稳定工作，展开相应隔离故障操作，避免事故区间冲击稳定行驶部分。所以，在继电保护系统中，最应该考虑的是相关的继电保护装置是否具有良好的可靠性。可靠性可使用特定的数值来展现。在电力系统中，继电保护装置的可靠性评估主要包括信赖度、改建率、替换活动以及平均扩建时间等[3]。对于继电设备展开合理的性能分析，能够有效提高设备的可靠性，还能够及时发现影响设备可靠性的因素。目前，微机继电保护装置在高压输电网系统中十分常见，并且被广泛应用于现代输电线保护。现阶段，随着社会的发展，电力系统越来越复杂。微机继电保护装置可以根据目前的一些复杂状况做出改变，以便更好地满足现阶段的电力系统需要。微机继电保护系统和现代计算机的应用有关，能不同程度影响继电保护系统的可靠性可靠性。为了确保微机传送保障的稳定运行，避免与掌控内部干扰十分必要。

2.2 基于故障树法分析继电保护系统的可靠性

故障树分析法是1962年美国贝尔电报公司的电话实验室研发的。本课题的主要分析方法之一是对安全性系统工程的系统、精确和计算的研究。

组成继电保护硬件系统的装置主要包含电力变压器、继电保护装置以及电力通信装置等。由于装置以及系统较多，所以可以采取故障树的方法逐层分析，以便可以更好地发现继电保护系统中存在的故障。如图1所示，把系统硬件系统分成继电器保障老旧与阻断器故障两部分，A指出保障是准确的，B指出截断器是准确的，则继电保护系统的硬件故障用AB+AB=AB+B指出[4]。通过准确测量，清楚了解继电保护系统硬件各部件的概率性和重要性。

图1 继电保护系统硬件失效故障树

3 继电保护系统在高压电网中的应用案例

3.1 继电保护的配置

从运行状态看，继电器保障分为稳定运行和异常行驶两种状态。异常行为中包括错误操作与拒绝。假如电力系统爆发了故障，相关的继电保护系统会对出现故障的部件发出断路命令并执行，对出现故障的部件进行处理，确保继电系统中的装置能够稳定运行，增强电力运行过程中的稳定性，对提升高压输电网装置行驶的安全性与稳定性具有关键作用。

继电保护配置策略如下[5]。第一，线路继电保护。以此中性点直接接地系统为例，叙述高压电力网110 kV线路的继电器保障的结构。对于系统连接线、发电站接入线、短线路与光纤通道，适当使用光纤垂直插值保障，以构建所有线路的高速动作保护。第二，母线继电保护。建设高压输电网的过程中，110 kV母线与双母接线形式的关键母线需安装相关的保护系统。如果母线爆发故障，应急速拆毁和工厂相连的母线。有必要给母线提供继电保护系统，除母线保障之外，也可当作变压器来保障，提升母线之上零件的运行安全性。第三，变压器的继电保护，在电力系统中变压器占据着重要地位，会不同程度影响电力系统的安全性。目前，变压器的使用主要是对电力系统进行保护，如电流插值保障、电流迅速截止保障、零序电流保障等。第四，母联（桥）保护。对使用双母线布线、单母线断线以及桥布线等布线方式的变电所，有必要考量母线（桥）区间的保护。重要是在母线充电时出现故障时，能够在最快的时间内隔绝故障母线。一般状况下，都安装有自我充电保障与短时间过电流保障。

3.2 配高压电网可靠性指标

通常，SAIGI、CAIGI与ASAI能够充分决定继电保护系统的可靠性状况，其中SAIGI是指用户在使用电力的过程中出现的停电次数，而CAIGI是指每个用户在用电过程中一年中出现的断电次数总和。平均电力供应可用性指标称作ASAI，是指总实际电力供应时间与被明定为总电力供应时间之比。采用网络等展开高压电力网的可靠性分析：（1）向上等效过程，即基本上采用上一电力线的等效节点元件表示分支电力线对于上一电力线的影响；（2）向下等效过程，基本思想是通过下送器的后端设立等效节点元件用以表示上送器对下送器的影响[6]。

4 提升高压电网中继电保护系统运行可靠性的策略

4.1 制约继电保护系统可靠性的几个方面

4.1.1 硬件系统装置方面

电力系统主要包含有信道、继电保护系统、设备通信系统以及二次电路等关键组成部分[7]。这些关键部件的可靠性直接冲击继电器保障的可靠性，而且对整个电力系统稳定行驶的安全性与可靠性影响巨大。假如其中一个关键部件出现性能问题，那么整个电力系统便会直接爆发故障。比如，继电保护装置会因触电而断裂或是松动，继电器的负载转换操作会爆发深远故障。这些故障是因为继电器尺寸不恰当造成的，对整个电力系统造成了严重影响。

4.1.2 软件系统方面

相关的软件系统如果出现问题，也会不同程度对继电保护系统产生影响。如果软件出现问题，易爆发拒绝继电保护或是错误操作。比如，假如系统软件瓦解，继电保护装置的逻辑认定直接爆发，指令混乱，信赖度大幅度下降，严重冲击电力系统的安全性运行。为了确保可信运行，保障高压输电网络的传递系统，检验年度检查、软件升级理论等保护装置的功能，必要时给予完善、管理与维护。需要注意，作为电力系统核心组成部分的继电器保障，其程序与逻辑应实行严苛措施，避免黑客与病毒入侵，防止毁坏高压电网。

4.1.3 技术操作方面

除硬件因素与软件因素之外，相关工作人员对于技术操作的熟练程度也会不同程度地影响继电保护系统。在现在的电力系统中，为了防止因人员疏忽引发的继电保护事故，实行了很多措施。但是，电路的关闭与误锁等事故也是存在的，主要是由于在电力系统中每一阶段都会涉及输电线路的建设，建设中如果没有按照标准进行操作，继电保护系统的二次布线错误与设备的调整泄漏会影响继电保护系统的运行可靠性，从而造成继电器安全事故。因此，需从高压输电网络的建设全过程展开运行保障。

4.2 提升高压电网中继电保护系统运行可靠性的策略

4.2.1 全面提升微机化与信息化水准

社会的快速发展，促进了很多新技术的诞生。其中，信息技术快速发展，使得我国的微计算机保护技术系统作为电力系统的关键技术系统被普遍重视。继电保护系统装置的基本功能是排除故障部件，进而确认其功能，导致难以符合电力系统的要求。为了确保电力系统的稳定运行，可利用计算机网络系统的功能，精确保障电力系统的稳定运行。

4.2.2 提升继电保护系统的智能化

近年来，智能高压输电网的建设已经广泛应用于电力系统。电力继电保护系统逐渐网络化和集成化。继电保护系统中使用智能化技术，能使继电操作更加便利，还能够有效提高继电保护系统的可靠性。但是，要更好地提高继电系统的智能化，需要进一步强化电力系统整体的智能化，充分发挥人工智能技术的作用[8]。利用智能化技术便于研究高压电网的故障处置，进一步提高装置行驶的安全性与可靠性。通常，要提升继电保护系统工作的可靠性，需从各种影响因素着手，针对各种冲击可靠性的问题提交精确的解决方案，确保高压电网运行的经济性。为此，有必要强化继电保护系统的技术研究，提升继电保护系统的智能化水平。

5 结 论

本文重要研究继电器保障的可靠性，探讨高压输电网络继电器保障的应用，以避免各种电力事故的发生，减少事故导致的各种经济损失。需强化继电保护系统的可靠性研究，不断改进可靠性评估方法，从而不断提高电力系统的工作效率。