继电保护失效概率及对输电系统运行可靠性的影响

王璐++贾琳玮

摘 要：随着我国经济发展水平的不断提高，电力行业得到了快速发展。电力系统作为国家的重要基础设施，对维持社会稳定、促进经济发展有着重要的作用。为了确保人们在用电过程中的安全性和可靠性，防止出现重大电力事故，需要做好继电保护，以确保输电系统运行稳定。

关键词：继电保护；失效概率；输电系统；基础设施

中图分类号：TM774 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.117

在电力系统中，有非常多的元件会在特定情况下发生故障。继电保护安全装置的可靠性较高，但在模型设计中，将继电保护和安全自动装置作为可靠性元件存在一定的问题，导致输电系统运行可靠性评估与传统评估存在差异。下面对继电保护失效概率及其对输电系统可靠性造成的影响进行分析。

1 输电线路继电保护的失效概率模型

1.1 继电保护失效原因分析

继电保护自身的可靠性会对整个电网造成非常大的影响，其影响方式与一般的电力设备不同。拒动和误动作为继电保护失效的主要表现形式，继电概率可衡量继电保护的可靠性，是最基本的衡量指标。一方面，很多继电器都是电子仪器，内部的软件和硬件失效保护拒动的发生率低，因此，需要长期积累样本数据，从而有效计算拒动率、误动率。此外，继电保护的设计原理、配置方案、整定方法对电力系统的影响较大，因此，要充分分析失效机理和考虑装置的工作环境。

电网继电保护的完整性较高，且很多装置之间为相互配合的关系，如果一台继电装置出现拒动或误动，则会引起其他保护装置误动，进而引发电网连锁故障。在设备运行中，拒动是隐蔽性的故障，通常不会造成较大的损失，因此，要综合考虑拒动隐患与设备短路概率的双重作用。可靠性评价指标包括拒动率、误动率、正确动作率、故障频率、可用度和平均失效时间等。如果未充分考虑继电保护装置的实际运行情况，则无法反映系统可靠性变化带来的风险。

1.2 继电保护的失效概率

通常情况下，继电保护系统和其他保护系统发生短路时，继电保护装置内的二次系统可能会发生回路断线、硬件失效和方向错误等故障，造成信号发送受阻，进而出现故障跳闸。这种情况称为首次拒动，其概率模型如下：

PJ1=1-e-λJ1t. （1）

式（1）中：PJ1为考察的时间段；-λJ1为失效概率。

失效次数CJ1属于统计数据，由于故障是隐性的，变压继电包含了拒动次数C1J1，还包含了检修、运行过程中发现故障的次数C2J1。此外，还要综合考虑在线监测系统，如果故障是在年度内最后一次检修后发生的，则可能漏检C3J1，因此，概率模型可表示为：

. （2）

2 继电保护的失效概率模型

2.1 比率差动保护的第二类失效模型

在大型变压器内，故障保护中最重要的是差动保护。这种保护拒动会对变压器造成非常大的影响，易引发非常大的故障，进而造成巨大的经济损失。因此，在运行中采用对比率差动保护的可靠性较高。如果区域内已发生故障，则制动量会减少，因此，提高保护的灵敏度非常重要；如果故障发生在区域以外，则会制动量会增大，不会发生误动。鉴于不平衡的电流在运行过程中会一直存在，因此，故障原因和特性之间的差异性非常大，无法精准计算，且提高系统灵敏度与确保不发生误动两者矛盾。而通过量化分析能防止出现偏差误动，这对电力系统的风险评估有重要意义。

2.2 第二类模型拒动和误动的概率

通常情况下，无论是在区域内发生故障，还是在区域外发生故障，其差动量与制动量均是相互关联的，但受到故障性质、位置、初始条件和电流相位等的影响，两者之间无法长期维持固定关系，在数值上形成了相互制约的关系。通过对这两种关系的分析可得出，另一个区域属于区域内与区域外故障差动量、制动量的状态空间。无论在哪一个区域中，故障特性都具有一定的随机性，且在保护状态下空间中所有故障点出现的概率是相同的。按照启动概率分布状态空间的平均值，可得出不确定因素对不同区域故障的影响。

2.3 差动速断保护的第二类失效模型

大型变压器中通常配置有差动速断保护，其为辅助保护措施。如果故障电流较大，差动速断保护可防止电流互感器出现饱和状态，还能防止二次谐波闭锁比率差动保护动作延误。差动速断保护是独立存在的，不受电流的影响，这种动作由初始的励磁涌流或外部的短路不平衡电流决定。按照不同的变压器额定容量选取的值通常为变压器额定值的2～11倍，比最大的比率差动保护动作电流高，进而在继电保护启动后变压器的各个断路器跳闸。

3 结束语

输电系统运行的可靠性评估是电力系统运行规划和调度的重要工具。其中，继电保护失效概率模型研究是输电系统可靠性研究的重点。随着电力行业的发展，输电系统的可靠运行评估已成为促进社会经济发展的重要手段。

参考文献

[1]戴志辉，王增平，焦彦军.基于动态故障树与蒙特卡罗仿真的保护系统动态可靠性评估[J].中国电机工程学报，2011，31（19）.

[2]张旒玺.基于系统功效的继电保护及控制系统可靠性研究[D].上海：上海交通大学，2011.

〔编辑：张思楠〕