电力系统自动化继电保护装置测试研究

刘武旭

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北电力试验研究院，陕西 西安 710021）

对电力工作者来说，工程师们进行自主研发的自动化系统即在很大程度上可以满足人们的日常用电，随着系统的更新迭代和科技的不断创新，电气系统也在不断地受到人们的好评。而继电保护装置在系统出现故障时，能够及时有效地做出判断，所以，对其进行测试研究就更被人们所重视。当前，电力系统和自动化的建设发展中，该装置不仅仅作为重要部分之一，同时，还具有十分重要的作用和意义，所以对其进行测试研究尤为重要。自动化系统因为有其智能化和信息化，虽然为人类的生产和生活提供了许多便利，但在系统的运行过程中，会因不确定性经常出现一些问题，存在相应的缺陷。本文即主要从线路保护的重要装置之一继电保护装置测试出发，谈谈对其保护策略的研究。

1 在自动化设备中继电保护装置的意义

电能作为必不可少的能源之一，其具有的清洁性、再生性也让电能的应用范围更加广泛。这时，做好其测试研究，即可以让电能对人类生活有着更加正向的影响。在电力系统的运行过程中，偶尔会因为系统或是线路的故障，出现断路或是短路的现象，而这时候，系统中的保护装置便发挥了重要作用。它的出现，不仅可以极大限度地让电力系统中的自动化设备保持稳定的电压和电流，还能解除一些过电压和过电流带来的安全隐患，防止电力设备的使用寿命缩短。但是，如果在电力系统中，出现过载或是短路等问题时，有可能让装置也出现使用故障，进而会导致电力设备因为电流和电压不稳定而造成损害，所以，在对装置进行故障检修时，一定要注意提前切断电源。

2 继电保护装置可靠性测试

2.1 可靠性测试指标

在对保护装置进行可靠性的测试时，需要注重一些技术指标，重要的指标如下。

（1）成功率（R）。成功率，即指在装置正常工作的情况下，将工作成功完成的次数和进行的总数的比例。成功率和装置的可靠性之间成正比关系。

（2）平均故障时间周期（MTBF）。MTBF 指的就是该装置平均情况下会发生故障的周期。MTBF 和该装置的可靠性成反比规律，即故障出现的周期越长，那就说明故障出现的次数越少，而同时，装置所具有的可靠性也就越高。

（3）平均故障恢复周期（MTTR）。相关工作者可以对通过统计在装置正常工作的过程中，其从出现故障到恢复正常运行的平均时间来大概估计对于本次故障的恢复时间。同时，在对其进行可靠性测试的过程中，还应对本次测试的装置自有的有效度去进行测试，而有效度这一指标，指的就是该装置保护电力系统的有效程度，有效度在系统中与装置的可靠性也成正比关系。

2.2 可靠性测试

装置的平均故障时间周期，与其所在的电气系统的可靠性紧密相关，所以，在进行可靠性的测试时，应优先对其平均故障时间周期去进行测试，这种测试的方法较简单，只需在普通的实验室用定数截尾法即能正常地进行测试，具体的测试方法如表1。

表1 定数截尾法测试对照

在测试开始之前，应先对周围的环境仔细观察，要确保测试环境一切正常，无异常区域和情况的出现。即一定要保证相关工作者在电力系统及装置都在正常运行时进行数据采集。还要保证所使用的测试工具都在要求范围内，且相关的测试工具不存在任何故障，只有这样在正常情况下进行测验，才能保证实验的可信度。从上表的综合数据显示可知，本次试验的截尾失效数应选择的正常范围应选在4 ～7。第一，假设该装置的平均故障时间周期是N，在这当中，N 是截尾数倍数的任意数。第二，应该严格按把握随机抽样的方法去选择实验样本t，在做选择样本T 的时候，应严格其代表性，而且选择t 的数量也应适中，不能多也不能少。在正常的实验情况下，可以紧紧依据T 的大小去选择实验样品，如表2，其中的样本数就是实验中合适的样本数。

表2 样本总量和选用样本的对照

从表2 中可以看出，当T 的选取较小时，就可以对所有给出的样本去进行测试，当样本数量过多时，这时候做全部测试会比较麻烦，不能全部将其测试，此时，应按照一定的比例去选择样本数去进行测试。

3 继电保护装置的保护策略

继电保护装置，其主要作用就是保护在正常运行中的系统不被电流和电压的不稳定因素影响，从而保证系统的正常运行。这不仅有利于电能的正常输送，进而还能为人们的正常生产和生活提供重要保障。若想提高对装置的保护能力，则可以从以下几种方式中进行保护。

3.1 自动检测

继电保护装置，可以在自动检测系统上提高保护能力。在做空投主变的过程中，如果变压器因为某些因素出现故障，那么，差动保护就可以在第一时间感应到故障区域，并且收到反馈、做出保护动作，以此保证电力系统的稳定运行。对自动检测装置的安装上进行检测和提高，不仅可以实现更精确的故障检测，还能在第一时间通知到相关电力工作者，以确保工作者最先了解故障问题和区域，并且最快地解决故障。

3.2 反应速度

在传统的系统中，往往单纯地凭借人力来保障电力系统的运行安全，主要依靠人力去进行检测的相关工作，虽然一定程度上可以保证精准性，但可能会出现敏感性差、反应速度慢等问题。所以，单纯凭借人力进行检测工作，在新的电力系统下，已经不适应了。提高保护装置的反应速度，可以大幅提升系统在差动保护时的灵敏度，所以如果系统再被不稳定的电流电压影响时，该装置不仅不会继续受到影响，还可以对目前线路中存在的问题比如短路或断路情况，第一时间做出反应，具有很强的适应性。

3.3 保护速度

装置的系统内部，本来就设有一系列的差动保护，而差动保护的反应速度很快。在系统的正常运行中，如果出现严重的故障，那么，此时的动作将会在20ms 之内完成。除此之外，差动还可以高效区分不同金属引起的故障，且对金属类别的检测时间在30ms 内。因此，继电保护装置本身就具有保护速度快的特点，在对装置进行保护速度的维护和改进方面，可以让其更加迅速地检测出系统中产生的故障，并且第一时间对其进行保护动作。

3.4 灵敏度

对电气设备来说，灵敏度这一特性非常重要，因为在内部的保护系统中，运用了差动保护的理念，所以，电力系统如果出现轻微故障或严重故障，它都还可以保持系统内部高度的灵敏性，如果当此时的故障相对严重时，它还可以实行自动切除，迅速切除严重故障区域。在电力系统正常工作时，会因为设备中的互感器而导致数据异常，这样也会对装置产生些许影响。所以，为了避免这种影响，可以在提升装置的灵敏性上采用多重滤波算法，提高其保护范围和稳定性。

4 结语

通过对继电保护装置的可靠性进行测试，会发现在整个电力系统中，该装置具有非常强大的功能和作用。该装置不仅可以对问题进行及时的检测，还能以自启动的方式来切除严重的故障区域，从而更可能地去保护系统在运行中的稳定性，同时，该装置拥有极高的工作效率、强大的可靠性，所以在电能输送这一过程中做出了巨大贡献。综上，该装置的可靠性在很大程度上决定着系统运行的稳定性。为了保证系统的稳定运行，应对装置不断地去进行可靠性测试，同时，要结合科学评价和反馈，从而对装置的综合性能有更多的认识和改进，将这项工作做好，会对整个电力行业的发展具有十分深远的意义。