继电保护可靠性及其风险评估

初晓晨

摘要：电能在人类社会和经济的发展进步中起到重要的保障作用与推动作用，尤其在当今这个时代，更是人们日常生活、生产中不可或缺的能源供应。此种情况下，保证电力供应稳定、安全就成了电力部门首要关注的问题。文章对继电保护的可靠性以及存在风险的评估问题展开了分析。

关键词：继电保护；可靠性；风险评估；电力风险；电力能源供应；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：F270 文章编号：1009-2374（2016）16-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.066继电保护就是在监测电力系统运行的过程中，以诸如电流量异常增加、电压异常降低和测量抗阻异常等电气量变化为依据来判断所保护单元是处于正常运行状态，还是处于异常运行状态，一旦发现有故障发生后会根据对故障发生点和故障类型的判断来执行切断相应故障点的操作，以保证电力系统运行的安全性，并及时向值班人员发出警报。由此可以看出，继电保护是根据监测值来进行故障判断，并自动采取保护措施的，所以存在一定的安全风险，一旦判断失误，执行了错误的保护操作，极易引发严重的电力事故。为此，对继电保护进行必要的风险评估，提高其可靠性尤为重要。

1 继电保护可靠性及其评价指标

1.1 继电保护可靠性

继电保护可靠性是指当需要动作的时候其一定会发生动作，不需要动作时绝不执行动作，保证不会有拒绝动作和动作失误的情况出现。具体来说就是以保护电力系统正常运行为前提，一旦处于保护范围的电气设备某处发生故障，继电保护就会立即发出警报或信号，自动跳闸，切断故障点，即可依赖性；如果被保护区域内对象未发生故障，设备处于正常运行的状态，继电保护绝不在没有选择的情况下执行错误动作，即安全性。此外，虽然继电保护系统出现拒绝动作或错误动作的原因并不一定是因为系统当中存在一些小缺陷，但统计继电保护系统自身的缺陷信息也属于继电器可靠性的研究范畴，因为其会对继电保护系统额定任务的完成产生必然影响。为此，鉴于继电保护系统极易出现缺陷、拒绝动作和错误动作，所以要将这些缺陷数据搜集起来作为继电保护装置可靠性评价中的一个方面，对其进行全面深入的分析。

当前阶段常用的计算继电保护可靠性的方法有GO法、Markov模型法、状态空间法以及故障树法等，且无论是从长期平均可靠性角度出发进行评估，还是从运行角度对短期风险进行预测，都需要分别从可能性与后果两方面对可能出现的各种状态做出充分、全面的评估。

1.2 评估指标

从继电保护系统装置的工作原理中可以看出，拒绝动作和错误动作是反映继电保护可靠性两个最主要的方面，所以要以这两个方面为主线将包含系统完整度和设备可靠性、功能可靠性等多个方面在内的电力系统可靠性指标确定出来，据此可以把如下三个标准作为衡量继电保护可靠性的指标：（1）概率表示。系统、设备或元件于规定时间、额定时间之内能够完成额定功能的概率；（2）时间表示。MTTF，从设备使用到故障发生的平均时间；MTBF，故障平均时间等；（3）频率表示。于一定时间之内能够统计出来的可修复性系统或是一定时间内元件正确动作与总动作次数之间的次数比。

此外，建立继电保护可靠性指标的时候不仅要将继电保护装置自身功能考虑在内，还要将继电保护装置的特定应用条件以及环境条件反映出来。

2 继电保护可靠性的影响因素

2.1 装置的硬件方面

微机保护也好，全数字化的保护装置也好，本质上都是由一个包括若干电子设备以及软件在内的有机整体。所以一旦电子设备遭到损坏或是出现老化问题，都会使继电保护装置、系统规定条件下规定功能的完成能力受到最直接的影响。以全数字化的保护装置为例，相较于微机保护，其硬件结构更为简单一些，但是因为有更多的输出接口和光纤输入接口在全数字保护装置之中，所以在可靠性方面又给其带来了新的问题，如果光口由于发热等原因出现损坏，就会对采样值输入以及保护跳闸输出产生直接的影响。

此外，运行维护水平和运行环境也会对继电保护的硬件系统可靠性造成一定程度的干扰。比如，运行环境中的温度、元件涂层、灌封材料和密封化合物以及填充料会在温度变化的影响下分别出现涂层脱落、龟裂或外壳完全裂开以及外漏等情况，进而降低元件电性能。需要指出的是，不同材质的产品在温度变化影响下会出现不同的反应，同样其对继电保护装置和系统可靠性造成的影响也有所不同。又比如，如果系统所处运行环境较为潮湿，那么就会引发装置材料的化学性能、机械性能发生变化，比如机体膨胀、机械强度减弱、密封产品密封性降低等。

2.2 继电保护装置自身质量问题

某些继电保护装置的生产厂家在利益的驱动下会生产一些质量不达标的产品，使得装置本身出厂时在配置与调试上就存在各种问题，再加上很多时候企业方面的工作人员为了省事，往往都不会在装置验收、安装环节进行二次检测，留下安全隐患。

2.3 装置的软件方面

如果说硬件为保护功能的实现提供了平台，那么软件算法就是保护功能实现的核心，也就是说继电保护系统是否能够正常开展工作在很大程度上会受到软件可靠性的直接影响，而软件的可靠性则主要受原理性能、软件设计、系统使用以及系统输入等因素影响。

2.4 电磁干扰

微机保护装置是近些年来电力系统比较常用的一种继电保护方式，具有准确率高、操作方便等优势，从现阶段的发展形势来看，其很有可能取代其他保护装置。但缺点是在其运行的过程中会有电磁场产生，继电保护的可靠性很容易受到电磁波的干扰，产生不利影响。

2.5 滤波

能够滤除掉信号中特定波段频率的就是滤波，对于外界干扰有极强的防止作用和抑制作用。源自通信理论的滤波还指以观察得到的某个随机过程结果为依据，估计另一个与其有关的随机过程概率的理论、方法，可以从包含干扰信号在内的信号中将有用信号提取出来。一般情况下，外部干扰进入的途径都是接线端子，所以为了抑制干扰源，可以于各个外接端子处对接一个适宜的电容器。

2.6 二次回路

当继电保护系统的二次回路中有线路裸露在外，引发接地连接或元件连接处接触不良、松动或是线路绝缘出现老化等，都会影响到继电保护动作的正确性。在全数字化继电保护系统中，二次电缆被高速网络所替代，使二次回路能够进行自我监测。当处于保护装置与电子互感器二者之间的交换机或光纤链路出现断链或其他故障问题时，保护装置在接收不到报文后会发出及时警告；当保护装置和断路器间有断链或故障问题出现时，断路器上的智能终端会发出及时警告，有了此项技术的支持，在很大程度上避免了二次回路对继电保护可靠性造成的影响。

3 继电保护风险评估

所谓风险评估，就是对风险事件发生后造成的影响、损失进行评估，既包括风险事故发生的概率，又包括事故发生可能引发的后果。实际上，风险评估的主要对象是风险事件所引发的消极影响，并在综合考虑概率和引发后果的基础上对确定性分析方法与概率分析方法进行了延伸，既能够评估单个设备，又能够评估整个系统。当前阶段比较常用于电力系统的风险评估办法有解析法和模拟法两种，相较于其他风险评估的方法，这两种方式有更高的可靠性。

原理更简单一些的模拟法并没有太多的限制因素，较适用于大型系统可靠性的评估；有清晰概念与明确逻辑关系的解析法虽然有很高的模拟精确度，但并不适合对那些较复杂系统进行可靠性评估，难以构建数学模型。所以实际应用的时候往往为了获得更准确的评估结果将两种方法综合起来利用。需要注意的是，风险评估中最关键的部分是识别安全事故危害，只有将蕴含于工作程序、场地、环境以及材料中的所有危险因素识别出来，并检查好电器安全装置和安全事故报警装置，才能够对每个可能发生的风险进行有效评估和控制。也就是将所有安全事故危害都找到，进而以评估结果为依据找出存在于电力系统内的薄弱部分，以便及时采取适当预防措施。

4 结语

从短期来看，电能的供应是否稳定、安全，直接影响着人们正常的生产生活，从长远角度来看，电能对整个社会和经济的发展进步起着积极的带动作用。为此，十分有必要对能够有效保障电力系统运行安全性的继电保护存在风险以及影响可靠性因素进行深入研究，切实提高继电保护的可靠性。

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