高電壓電網(wǎng)繼電保護(hù)可靠性研究
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摘要：在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，電力系統(tǒng)保護(hù)占據(jù)著重要地位，其中可靠性與安全性是關(guān)鍵。近年我國的電力系統(tǒng)隨著社會的發(fā)展得到了提高，其中在電力系統(tǒng)中使用計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)以及繼電保護(hù)技術(shù)，使其展現(xiàn)出全新的特征。網(wǎng)絡(luò)、智能、保障、控制與數(shù)據(jù)通信一體化，成為未來的發(fā)展方向。隨著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性需進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。因此，將分析高壓輸電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)的可靠性，以期提供相關(guān)參考。
關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；可靠性；高壓電網(wǎng)
1我國繼電保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
由于我國工業(yè)起步較晚，在發(fā)展過程中一直處于相對落后的狀態(tài)。電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)歷經(jīng)了十幾年的發(fā)展。20世紀(jì)40年代創(chuàng)辦了電氣保障學(xué)科與電氣保護(hù)設(shè)計，創(chuàng)辦了繼電保護(hù)制造業(yè)與電氣機(jī)械保護(hù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。20世紀(jì)50年代初，晶體管電保障的研究興起，在20世紀(jì)60年代與80年代得到了廣泛使用。從20世紀(jì)70年代中期以后，人們開始分析集成運(yùn)算放大器的集成電路保障，在80年代初產(chǎn)生了替代晶體管保障的比較完備的系統(tǒng)[1-2]。我國的繼電保護(hù)技術(shù)從20世90年代進(jìn)入計算機(jī)保障時代，研發(fā)了計算機(jī)保護(hù)軟件。由于繼電保護(hù)系統(tǒng)中計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的使用，使得我國的繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸向智能化、自動化以及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
2繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析
2.1繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析
電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置以保護(hù)為重點(diǎn)。在電力系統(tǒng)爆發(fā)故障時，繼電保護(hù)裝置穩(wěn)定工作，展開相應(yīng)隔離故障操作，避免事故區(qū)間沖擊穩(wěn)定行駛部分。所以，在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，最應(yīng)該考慮的是相關(guān)的繼電保護(hù)裝置是否具有良好的可靠性?？煽啃钥墒褂锰囟ǖ臄?shù)值來展現(xiàn)。在電力系統(tǒng)中，繼電保護(hù)裝置的可靠性評估主要包括信賴度、改建率、替換活動以及平均擴(kuò)建時間等[3]。對于繼電設(shè)備展開合理的性能分析，能夠有效提高設(shè)備的可靠性，還能夠及時發(fā)現(xiàn)影響設(shè)備可靠性的因素。目前，微機(jī)繼電保護(hù)裝置在高壓輸電網(wǎng)系統(tǒng)中十分常見，并且被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代輸電線保護(hù)?，F(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)越來越復(fù)雜。微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以根據(jù)目前的一些復(fù)雜狀況做出改變，以便更好地滿足現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)需要。微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)和現(xiàn)代計算機(jī)的應(yīng)用有關(guān)，能不同程度影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性可靠性。為了確保微機(jī)傳送保障的穩(wěn)定運(yùn)行，避免與掌控內(nèi)部干擾十分必要。
2.2基于故障樹法分析繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性
故障樹分析法是1962年美國貝爾電報公司的電話實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的。本課題的主要分析方法之一是對安全性系統(tǒng)工程的系統(tǒng)、精確和計算的研究。組成繼電保護(hù)硬件系統(tǒng)的裝置主要包含電力變壓器、繼電保護(hù)裝置以及電力通信裝置等。由于裝置以及系統(tǒng)較多，所以可以采取故障樹的方法逐層分析，以便可以更好地發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在的故障。把系統(tǒng)硬件系統(tǒng)分成繼電器保障老舊與阻斷器故障兩部分，A指出保障是準(zhǔn)確的，B指出截斷器是準(zhǔn)確的，則繼電保護(hù)系統(tǒng)的硬件故障用AB+AB=AB+B指出[4]。通過準(zhǔn)確測量，清楚了解繼電保護(hù)系統(tǒng)硬件各部件的概率性和重要性。
3繼電保護(hù)系統(tǒng)在高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用案例
3.1繼電保護(hù)的配置
從運(yùn)行狀態(tài)看，繼電器保障分為穩(wěn)定運(yùn)行和異常行駛兩種狀態(tài)。異常行為中包括錯誤操作與拒絕。假如電力系統(tǒng)爆發(fā)了故障，相關(guān)的繼電保護(hù)系統(tǒng)會對出現(xiàn)故障的部件發(fā)出斷路命令并執(zhí)行，對出現(xiàn)故障的部件進(jìn)行處理，確保繼電系統(tǒng)中的裝置能夠穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)電力運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，對提升高壓輸電網(wǎng)裝置行駛的安全性與穩(wěn)定性具有關(guān)鍵作用。繼電保護(hù)配置策略如下[5]。第一，線路繼電保護(hù)。以此中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)為例，敘述高壓電力網(wǎng)110kV線路的繼電器保障的結(jié)構(gòu)。對于系統(tǒng)連接線、發(fā)電站接入線、短線路與光纖通道，適當(dāng)使用光纖垂直插值保障，以構(gòu)建所有線路的高速動作保護(hù)。第二，母線繼電保護(hù)。建設(shè)高壓輸電網(wǎng)的過程中，110kV母線與雙母接線形式的關(guān)鍵母線需安裝相關(guān)的保護(hù)系統(tǒng)。如果母線爆發(fā)故障，應(yīng)急速拆毀和工廠相連的母線。有必要給母線提供繼電保護(hù)系統(tǒng)，除母線保障之外，也可當(dāng)作變壓器來保障，提升母線之上零件的運(yùn)行安全性。第三，變壓器的繼電保護(hù)，在電力系統(tǒng)中變壓器占據(jù)著重要地位，會不同程度影響電力系統(tǒng)的安全性。目前，變壓器的使用主要是對電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，如電流插值保障、電流迅速截止保障、零序電流保障等。第四，母聯(lián)（橋）保護(hù)。對使用雙母線布線、單母線斷線以及橋布線等布線方式的變電所，有必要考量母線（橋）區(qū)間的保護(hù)。重要是在母線充電時出現(xiàn)故障時，能夠在最快的時間內(nèi)隔絕故障母線。一般狀況下，都安裝有自我充電保障與短時間過電流保障。
3.2配高壓電網(wǎng)可靠性指標(biāo)
通常，SAIGI、CAIGI與ASAI能夠充分決定繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性狀況，其中SAIGI是指用戶在使用電力的過程中出現(xiàn)的停電次數(shù)，而CAIGI是指每個用戶在用電過程中一年中出現(xiàn)的斷電次數(shù)總和。平均電力供應(yīng)可用性指標(biāo)稱作ASAI，是指總實(shí)際電力供應(yīng)時間與被明定為總電力供應(yīng)時間之比。采用網(wǎng)絡(luò)等展開高壓電力網(wǎng)的可靠性分析：（1）向上等效過程，即基本上采用上一電力線的等效節(jié)點(diǎn)元件表示分支電力線對于上一電力線的影響；（2）向下等效過程，基本思想是通過下送器的后端設(shè)立等效節(jié)點(diǎn)元件用以表示上送器對下送器的影響[6]。
4提升高壓電網(wǎng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的策略
4.1制約繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的幾個方面
4.1.1硬件系統(tǒng)裝置方面
電力系統(tǒng)主要包含有信道、繼電保護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備通信系統(tǒng)以及二次電路等關(guān)鍵組成部分[7]。這些關(guān)鍵部件的可靠性直接沖擊繼電器保障的可靠性，而且對整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定行駛的安全性與可靠性影響巨大。假如其中一個關(guān)鍵部件出現(xiàn)性能問題，那么整個電力系統(tǒng)便會直接爆發(fā)故障。比如，繼電保護(hù)裝置會因觸電而斷裂或是松動，繼電器的負(fù)載轉(zhuǎn)換操作會爆發(fā)深遠(yuǎn)故障。這些故障是因?yàn)槔^電器尺寸不恰當(dāng)造成的，對整個電力系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響。
4.1.2軟件系統(tǒng)方面
相關(guān)的軟件系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題，也會不同程度對繼電保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。如果軟件出現(xiàn)問題，易爆發(fā)拒絕繼電保護(hù)或是錯誤操作。比如，假如系統(tǒng)軟件瓦解，繼電保護(hù)裝置的邏輯認(rèn)定直接爆發(fā)，指令混亂，信賴度大幅度下降，嚴(yán)重沖擊電力系統(tǒng)的安全性運(yùn)行。為了確?？尚胚\(yùn)行，保障高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的傳遞系統(tǒng)，檢驗(yàn)?zāi)甓葯z查、軟件升級理論等保護(hù)裝置的功能，必要時給予完善、管理與維護(hù)。需要注意，作為電力系統(tǒng)核心組成部分的繼電器保障，其程序與邏輯應(yīng)實(shí)行嚴(yán)苛措施，避免黑客與病毒入侵，防止毀壞高壓電網(wǎng)。
4.1.3技術(shù)操作方面
除硬件因素與軟件因素之外，相關(guān)工作人員對于技術(shù)操作的熟練程度也會不同程度地影響繼電保護(hù)系統(tǒng)。在現(xiàn)在的電力系統(tǒng)中，為了防止因人員疏忽引發(fā)的繼電保護(hù)事故，實(shí)行了很多措施。但是，電路的關(guān)閉與誤鎖等事故也是存在的，主要是由于在電力系統(tǒng)中每一階段都會涉及輸電線路的建設(shè)，建設(shè)中如果沒有按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，繼電保護(hù)系統(tǒng)的二次布線錯誤與設(shè)備的調(diào)整泄漏會影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，從而造成繼電器安全事故。因此，需從高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)全過程展開運(yùn)行保障。
4.2提升高壓電網(wǎng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的策略
4.2.1全面提升微機(jī)化與信息化水準(zhǔn)
社會的快速發(fā)展，促進(jìn)了很多新技術(shù)的誕生。其中，信息技術(shù)快速發(fā)展，使得我國的微計算機(jī)保護(hù)技術(shù)系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)被普遍重視。繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置的基本功能是排除故障部件，進(jìn)而確認(rèn)其功能，導(dǎo)致難以符合電力系統(tǒng)的要求。為了確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，可利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能，精確保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
4.2.2提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的智能化
近年來，智能高壓輸電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。電力繼電保護(hù)系統(tǒng)逐漸網(wǎng)絡(luò)化和集成化。繼電保護(hù)系統(tǒng)中使用智能化技術(shù)，能使繼電操作更加便利，還能夠有效提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。但是，要更好地提高繼電系統(tǒng)的智能化，需要進(jìn)一步強(qiáng)化電力系統(tǒng)整體的智能化，充分發(fā)揮人工智能技術(shù)的作用[8]。利用智能化技術(shù)便于研究高壓電網(wǎng)的故障處置，進(jìn)一步提高裝置行駛的安全性與可靠性。通常，要提升繼電保護(hù)系統(tǒng)工作的可靠性，需從各種影響因素著手，針對各種沖擊可靠性的問題提交精確的解決方案，確保高壓電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。為此，有必要強(qiáng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)研究，提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的智能化水平。
5結(jié)論
本文重要研究繼電器保障的可靠性，探討高壓輸電網(wǎng)絡(luò)繼電器保障的應(yīng)用，以避免各種電力事故的發(fā)生，減少事故導(dǎo)致的各種經(jīng)濟(jì)損失。需強(qiáng)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究，不斷改進(jìn)可靠性評估方法，從而不斷提高電力系統(tǒng)的工作效率。
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作者：陳金林 陳平耕 單位：國網(wǎng)江蘇省電力工程咨詢有限公司 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司
