继电保护系统基于隐性故障的可靠性探讨

马永亮

（大唐景泰发电厂设备部 甘肃省白银 730408）

继电保护系统基于隐性故障的可靠性探讨

马永亮

（大唐景泰发电厂设备部 甘肃省白银 730408）

近几年电力系统的规模不断扩大，电力保护系统的可靠性越来越受到人们的关注。本文通过搭建单一保护系统的可靠性模型，对继电保护系统在隐性故障以及系统运行状态变化时可靠性做出更好的评估，利用数学方法完善继电保护系统的可靠性评估，增强继电保护系统基于隐性故障的可靠性。

继电保护；系统；隐性故障；可靠性

1 引言

随着电力系统规模的不断扩大，电力保护系统的可靠性有着越来越高的要求。在电力系统可靠性的研究中，继电保护系统的可靠性显得尤为重要，其存在的隐性故障是造成电力灾害的导火线，继电保护系统的不确定动作就会扩大电力系统的故障，不仅影响人们的正常生活，而且会造成巨大的经济损失，严重影响着电力系统的安全，所以，继电保护系统的可靠性研究具有非常重要的作用。

2 继电保护系统隐性故障的含义

继电保护系统隐性故障作为一种永久性缺陷，会造成保护装置发生错误动作以及导致继电保护系统不能够正确的将电路元件切除引起连锁停电。同时，也可以将继电器隐性故障认为是系统可能存在的故障，在电网正常运行的时候这些故障是不会显示出来的，当继电保护系统发生故障时这些隐性故障才会影响电网的正常运行。总而言之，隐性故障与一般的故障存在着一定的区别，继电保护系统隐性故障的存在不会对影响电网的正常运行，只有发生特别的情况，例如，电网的运行不稳定时继电保护系统内的隐性故障才会被激发，导致继电系统的保护装置发生错误的动作以及造成连锁停电的事故，不利于继电保护系统的可靠性。

3 继电保护系统隐性故障的特征

3.1 继电保护系统隐性故障的隐蔽性

继电保护系统隐性故障的明显特征就是隐蔽性，因为隐性故障在电网正常运行的情况下是不会显现出来的，也不会影响电力系统的正常运行，所以很难被检测到。继电保护系统的隐性故障并不是由继电器的设计水平以及设计质量决定的，它只有在继电系统发生故障的时候才会触发，所以很难被检测和诊断排出。

3.2 继电保护系统隐性故障的危害性

继电保护系统的隐性故障具有一定的隐蔽性，在电力系统正常运行时是无法观察到的，只有在电网运行发生故障时才会被引发，所以在这种毫无准备的情况下其造成的损害程度也是比较大的。隐性故障有很多类型组成，每种故障类型造成的危害程度也是不一样的，主要是由隐性故障存在的位置相关。

4 继电保护系统隐性故障的危害

4.1 造成大面的危害

继电保护系统的责任是保障整个电力系统可以安全有效的运行。当继电保护系统的运行出现问题时，其存在的隐性故障就会被激发，导致继电保护系统发生错误动作，又因为这里个个电力系统中存在各式各样的隐形故障，所以，一旦隐性故障被触发，就会对整个电力系统造成巨大的危害，不利于继电器保护系统的可靠性。

4.2 对发电设备造成危害

继电保护系统的隐性故障是长期存在的，经过一定的发展过程，遇到电力系统运行不稳定时便会被触发。当监测系统不完善或者出现故障的时候，就无法及时发现异常情况，导致故障发生时造成一系列的连锁发应，使整个电力系统得发电设备的损坏，造成严重的后果。

5 拟定继电保护装置可靠性特征量

要想确定继电保护装置可靠性的特征数量，首先要明确运行过程中保护装置的各种状态。继电保护装置的工作状态为长时间接受通电的考验。如果电力系统发生故障，继电保护装置为了保护系统做出的一系列动作为正确的动作，如果不作出任何的动作叫做拒动，在不该做出任何动作时做出的动作叫做非选择性误动。当保护装置因为自身出现故障而表现出的动作叫做系统无故障误动。继电保护系统的维修状态是在一年内要进行两次维修，每次维修的时间为几个小时，也可能是一天两天。

根据继电保护系统的可靠性概念，综合继电保护装置的特性，可以对继电保护装置可靠性的特征量做出以下定义：

（1）无故障时的误动率：

（2）误动率（主要包括非选择性的误动率以及无故障时的误动率）：

（3）拒动率：

（4）电力系统运行的失效率（主要包括误动率和拒动率）：

An=误动率+拒动率

6 建立马尔可夫模型分析继电保护装置的可靠性

根据继电保护系统的马尔科夫特性，利用状态空间法得出并分析继电器保护系统的可靠性指标。首先做出以下假设：①对继电器保护系统可靠性的评估不会影响电力系统的运行。②可以被修复的隐性故障经过修复之后可以重新被使用。

综合考虑继电保护系统隐性故障的发生特点建立继电保护系统的状态空间模型，具体的结构如图1所示。在结构模型中，主要保护是P，被保护的元件是C，正常运行状态由UP表示，发生故障之后的停止运行状态由DN表示，DYM和DYN分别表示隐形误动故障的运行状态以及隐形拒动故障的运行状态，检修状态由M表示，Km和Kn分别表示电力系统的运行状态发生变化时DYM和DYN的主要保护风险增加的数量，其中箭头方向为增益值的方向。如果假设DYM和DYN在电力系统正常运行下的故障率分别为A和B，那么在电力系统的运行状态发生变化时的DYM和DYN的故障率为A*和B*。

图1 单一保护系统的状态空间图

根据图1进行分析，处于状态一的时候，主保护和被保护的元件是正常运行的状态，如果主保护出现隐性故障中的隐形误动故障，电力系统就变为状态五，相反如果主保护出现的是隐性故障中的拒动故障，那么电力系统会变为状态六。在状态二的情况下，主保护和被保护的元件都是处于检修的状态，在检修的过程中如果引起DYM，那么电力系统会变为状态六。在状态五的情况下，如果被保护元件出现故障，进行主保护的P就会自动跳闸将被保护元件切除，这种动作是正确的，如果DYM不被发现，电力系统变为状态七。如果在状态五的情况下电力系统的运行状态不稳定触发主保护的隐性误动故障，主保护就会做出相应的动作切除被保护的元件，这时候隐形误动故障就会被检测发现，电力系统变为状态四。在状态六的情况下，如果被保护元件出现故障，救护暴露主保护元件，电力系统变为状态八。以下是马尔可夫过渡矩阵：

可以得出，继电保护系统处于正常运行状态下的概率为：P1（t），继电器保护系带隐性故障隐患运行的概率为：P5（t）+P6（t），继电器保护系统处于故障状态以及停止运行时的概率为 P 停（t）=P2（t）+P3（t）+..........P8（t）。

7 结语

综上所述，通过建立马尔科夫模型，更好的对继电保护系统的可靠性做出评估，利用数学方法计算出继电保护装置在各个状态下的稳定概率，加强对继电保护装置进行保护维修，为继电保护装置的平稳安全运行提出更多的理论依据，加强继电保护系统基于隐性故障的可靠性，促进大力系统的进一步发展和经济的进步。

[1]晏国华.可靠性理论与工程应用[J].继电器，2012（12）：169～170.

[2]高社生，张玲霞.继电保护装置可靠性及其最佳检修周期的研究[M].北京：国防工业出版社，2012（20）：23～24.

[3]李永丽，李致中，杨维.电力系统可靠性原理和应用[J].中国电机工程学报，2013，21（23）：163～165.

[4]郭永基.继电保护装置可靠性指标体系的分析[M].北京：清华大学出版社，2014（20）：145～146.

TM77

A

1004-7344（2016）04-0119-02

2016-1-20

马永亮（1973-），大专，毕业于西北电力职工大学，从事电气一次二次检修维护工作。