电力系统继电保护及自动化装置可靠性试验及评估略析

迟永波

（国网内蒙古东部电力有限公司松山区供电分公司，内蒙古 赤峰 024000）

引言

在电力系统运行中，继电保护装置的应用极大地提升了系统的安全性，保证了系统良好地运行，而且在自动化技术融入继电保护装置中，更是有力地提升了继电保护装置的保护性能。但这也相应的带来了一些问题，那就是要求装置在运行时要有更高的可靠性。为了更好地提高人们对于继电保护及自动化装置可靠性的认识，需要对其进行可靠性试验，通过试验方式来对继电保护装置及自动化装置可靠性进行检测，确保其符合相关的要求，保证电力系统良好运行。相关人员也需要提高自身在这方面的重视程度，做好这方面试验，确保继电保护装置的可靠性。

一、继电保护及自动化装置的工作特点

继电保护装置在电力系统中起着重要的保护作用，当电网出现过载或者短路的情况时，继电保护装置就能够及时切断电源，避免出现过电流或者过电压的情况发生而给电气设备造成损坏。在设备长时间使用的情况下，设备会因为时间积累出现老化的情况，这样就会导致继电保护装置丧失相应的保护功能，比如不能及时开启保护动作或者出现错误的动作等。如果出现错误的动作就会导致设备突然停电，而如果出现后面一种就会导致设备因为短路或者过载出现损坏的情况，从而给企业带来巨大的损失。[1]

自动化装置在电力系统中能够检测电能的质量，比如电压、频率等。同时还能够对线路的温度进行反馈，控制设备的运行。总的来说，自动化装置的运用可以实现对电力系统的远程监控、远程通信，让系统功能变得更加多样化，同时对于系统的可靠性要求也更高，一旦出现质量瑕疵就会导致整个电力系统出现运行故障，从而给企业生产带来不利的影响。

二、装置的可靠性测量指标

（一）继电保护装置的可靠性测量指标

对于继电保护装置而言，要想知道装置质量会受到哪些因素影响，相关人员就需要对继电保护装置结构进行充分地了解。当下市面上，继电保护装置在类型上是比较多样的，从输入端激励数量角度来进行划分的话，可以将继电保护装置分为单激励型和多激励型两种，如果从运行原理上来进行划分，则可以分为静态性和动态性两种，同时，继电保护装置也受到电力系统环境的影响。在实际中，电力系统的负载情况以及负载类型都会给电力系统自身稳定性带来影响，并且在不同的电力系统下，继电保护装置所发生的动作次数也是不尽相同的。因此，技术人员在考虑继电保护装置的可靠性指标时，需要结合上述两者情况进行全面考虑。结合实际中存在的问题，可靠性指标可以分为以下几种。[2]

第一，MTBF、MTTF。当出现电网波动时，不同的继电保护装置受到的影响性质是不尽相同的，可以分为可修复产品与不可修复产品两种。其中可修复产品在发生两次故障之间的平均时间MTBF 是一个重要参考指标，对于不可修复的产品，则是产品的平均寿命MTTF 具有重要的参考意义。

第二，成功率。成功率也是一个重要的参考指标，所谓的成功率就是电力系统在运行时，面对电压波动的情况，继电保护装置做出正确动作的成功率，即正确动作的次数/（动作次数+需要动作的次数）。

第三，有效度A。这是一个反映电力系统可靠性的一个综合性指标。

（二）自动化装置的可靠性测量指标

跟继电保护装置一样，自动化装置也是处于同一个电力系统环境下，因此在对自动化装置的可靠性测量时可以使用类似的可靠性指标。但在这其中也要注意一点的是，自动化装置因为继电保护装置的保护，一般不会因为电网波动而出现巨大的损坏，属于可修复产品，因此它的可靠性指标只有两个，即发生两次故障之间的平均时间MTBF 与有效度A。[3]

三、可靠性试验

（一）实验环境

在可靠性试验开展之前，试验人员需要对实验环境进行严格的控制，保证其处于一个合适的环境下，其中具体数据如下，气压保持在86～106kPa，相对湿度控制在45%～75%，环境温度要保持在15～35℃。同时三相电源要采用平衡电源，保证直流电源中电流分量要不超过6%，交流电源的频率控制在50±0.5Hz 之间，并确保电源正弦波出现畸形波的概率不超过2%或者5%。

（二）MTBF/MTTF 的测试

要进行MTBF/MTTF 的测试，试验人员需要对产品规定进行充分了解，然后在此基础上采用定数截尾或者定时的实验方法。抽样方案（1－β）可以取值为0.8，然后在此基础上得出相应的实验验证数据，其中具体数据如表1。

表1 MTBF/MTTF 截尾实验验证方案

在具体测试过程中可以分为9 个步骤来进行，第一，先明确MTBF/MTTF 的确定办法。第二，对截尾失效数进行合理的选择。第三，确定产品寿命k 的倍数与结尾时间。第四，明确实验样本数。第五，对实验样本进行抽取。第六，正式开展实验。第七，对相关失效数R 进行统计。第八，对相关实验时间T 进行一个统计。第九，根据得到实验数据进行实验结果判定。在实验过程中，如果失效数R 小于截尾失效数RC，并且所累计的实验时间T 达到结尾时间Tc 时，则可以判定为装置处于接收的状态；反之，当失效数R 大于等于截尾失效数RC，并且累计的实验时间T 小于结尾时间Tc 时，判定装置为拒收状态。[4]

（三）成功率C 的测试

对于成功率实验开展，主要是测试继电保护装置的保护性能。试验人员可以通过信号模拟的方式，判断继电保护装置在受到信号干扰时是否能够保持正确的工作。在具体实验中，试验人员需要选择多个样本，即n 个，然后对这些样本进行测试，验证其整体的故障率。为了提高实验的准确性，实验人员要保证实验样本的基础足够大，在这过程中，也可以对一个样本进行多次测试，检测其性能的稳定性。

在对成功率C 进行计算时，实验人员可以根据以下公式来进行计算，即成功率C=（n-r1-r2）/n，其中r1 指的是继电保护装置没有做出保护动作的次数，r2 指的是继电保护装置做出错误动作的次数。对于保护成功率的单侧下限计算，实验人员可以按照公式C1=（n-r）/n-r＋（r＋1）Fa（v1v2），这其中a 为置信度，在0.1～0.9 之间进行取值，v1v2 表示自由度。确定a 的值，实验人员就可以通过相关的表来查出Fa（v1v2）的值。

对于成功率C 的测量，实验人员可以按照以下几个步骤来进行操作。第一，明确继电保护装置做出正确动作的成功指标。第二，对实验样本数n 进行确定。第三，采用信号模拟的方式对继电保护装置给予动作刺激。第四，实验人员对实验总次数进行统计。第五，对实验过程中失效的总次数进行统计。第六，按照上述的公式计算成功率，得出相关的实验结论。

四、可靠性实验结果评估

完成实验操作后，实验人员需要对得到的实验数据进行整理，对各个实验进行一个有效的评估。在具体可靠性评估过程中，实验人员需要从MTBF、MTTF、有效率、装置故障率、装置故障动作、装置正确动作六个方面做出有效评估。

第一，MTBF 评估。这个主要指的是可修复产品在经历两次故障之间的平均时间，其中估算计算值可以按照公式m=T/r 来计算，其中参数T 指的是扣除维修故障时间的设备总运行时间，r 则为继电保护装置故障次数。

第二，MTTF 评估。对于继电保护装置维修一次故障所花费的时间进行评估时，实验人员可以按照公式上述MTBF 评估的计算公式来进行计算，即m1=T1/r，其中T1 是整个装置发生故障的总时间，r 则为继电保护装置故障次数。

第三，对有效率进行评估时，实验人员可以将装置正常运行时间与实验总时间相比，计算公式为A=MTBF/（MTBF+MTTR）。[5]

第四，对装置的故障率进行评估时，实验人员只要将装置故障时间除以实验总花费的时间，就能够得到这个装置的故障率。

第五，继电保护装置正确动作率评估。实验人员可以将装置在实验中正确的工作次数除以整个实验中装置动作的总次数，两者的比值就是对继电保护装置正确动作率的评估。

第六，跟正确动作率评估一样，故障动作次数的评估是将装置在实验中错误动作与未动作的次数总和，与整个装置的总动作次数相比，所得到的数值就是故障动作次数评估情况。

五、结论

综上所述，在电力系统运行中，继电保护及自动化装置可靠性将会给系统正常运行带来直接的影响。为了更好地了解继电保护及自动化装置的可靠性，可以通过试验的方式来对其可靠性进行验证。在实验过程中，实验人员要认识到可靠性试验是一个严谨且复杂的过程，需要实验人员采用多次实验的方式进行验证。同时在实验中，对于继电保护装置及自动化装置可靠性指标进行明确，了解相关指标的计算方法。实验人员要保持足够的细心与耐心，对试验数据进行整理，然后在此基础上，对继电保护及自动化装置可靠性实验进行一个有效的评估，确保继电保护及自动化装置能够更好地发挥其保护作用。