电力系统继电保护可靠性研究论文_何耀洪1,何文1,廖子聪2

何耀洪1 何文1 廖子聪2

1广东顺容电气有限公司 528300;2华南农业大学资源环境学院环境科学与工程系

摘要:当电力系统出现故障的时候,如果继电保护系统不能快速正确动作将故障切除,这将会导致故障扩大,对电力系统和电力用户造成难以估量的损失,因此,继电保护系统是保护电力系统一次设备的卫兵,继电保护快速可靠动作切除故障反应电力系统不正常运行状态,将能够有效的遏制电力系统故障的扩大,能够保障电力系统的安全运行。

关键词:继电保护;可靠性;评估

伴随世界经济社会的可持续发展,中国日益增长的电厂、电网规模、网格体系结构,使得电力在传输模式上发生了显著的变化,这使得电力系统的复杂性也越来越高,不仅显著提高了国家经济发展和人们的生活水平,但同时也为整个电力系统的安全、稳定、可靠运行带来很严重的问题。近年来,国内停电频繁发生,使得电力系统的发展与安全可靠运行的矛盾日益突出,在电网企业和大型发电企业引起了广泛关注。

一、传统继电保护可靠性评估

1、硬件失效率模型

1.继电保护装置

数字式保护装置从本质来讲就是一台实现某种特定功能的工业计算机系统,对于一般的数字式保护装置可以将其分为图1所示的几个模块,包括:电源模块(PSU),功能是提供各个模块的电源供应;中央处理模块(CPU),功能是实现数据分析、判断、计算的核心;开入模块(DI)功能是收集必要的开关量信息;开出模块(DO)功能是输出保护跳闸等开关量信息;模拟量采集模块(AI)功能是将

互感器二次侧的电压电流信息采集到保护装置内部,用于分析计算,包括滤波、采样保持、多路转换器和模/数转换;通讯模块(CU)功能是完成与外界的数据通信;人机接口模块(MMI)包括键盘,显示器等。

图1 数字继电保护装置硬件模型图

微机保护装置中 PSU、CPU、DI、CU、DO、AI 失效可能会引起保护装置拒动,

CPU、DI、DO、CU、AI 失效可能会引起保护装置误动作[19]。

2、二次回路

二次回路是指用来控制主开关断路器,信号灯,指示牌等不承载大电流,除一次回路外的控制线路。如果二次回路出现老化、绝缘不良等现象,或者触头接触不良将会导致保护拒动或者保护误动。

3、TA/TV

电力系统互感器分为电压互感器(TV)和电流互感器(TA),其功能是为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。要实现保护功能互感器的传变误差必须满足精度要求,如果互感器出现故障比如,二次回路开路、短路都将导致保护失效,电压、电流互感器失效既可以导致保护拒动也可以导致保护误动。

4、继电保护的辅助装置

辅助装置的功能有断路器的辅助控制,二次回路的切换操作装置等,以实现断路器的正确控制。辅助装置主要有:三相操作继电器箱、电压切换箱、分相操作继电器箱等。辅助装置发生故障既可能导致保护拒动也可能导致保护误动。

5、装置的通信通道、接口

纵联保护需要收发讯机、光纤通道或者无线通道以及通信接口,对于纵联保护这些通信通道和通信接口正是保护的薄弱环节,当遇到通信功能不通畅的问题,那么根据不同的保护原理会导致保护误动拒动。通信装置故障既可导致保护误动也可导致保护拒动。

6、断路器及其操作机构

断路器既可以开断正常工作电流也可以开断故障电流,其能否正常工作直接关系到保护功能能否实现,如果断路器失效那么保护功能无法完成。本文认为微机保护系统各元件可以看成串联组成,任何一个元件失效都将导致保护功能无法完成,如图2所示表示保护系统的简化逻辑图。

表1 下行法求最小割集

2、软件失效率模型

继电保护的软件系统是为了实现继电保护保护功能,它针对不同的保护原理采取了不同的算法,本文认为继电保护的软件系统失效率也是一个随机过程,即使如此,分析继电保护软件系统可靠性的时候与硬件可靠性还有许多不同:

1.继电保护系统,软件算法用来实现保护功能的核心,软件错误会导致保护装置拒动或者误动。硬件由于存在逐渐老化的原因,则可靠性随时间增加而减小,但软件没有年龄,随着时间的推移不会降低其可靠性,与此相反,软件存在的错误将会在软件调试和运行中不断被检查出来,其可靠性随着时间的推移是不断提高的,对软件系统的可靠性进行建模是比较麻烦的,具有一定的挑战性。

2.通常依赖于静态的过程中的硬件可靠性分析,由于软件的复杂性和设计上存在的错误,所以使用静态模型似乎不合适。在一般情况下,软件可分为使用期和调试期。当软件投入使用的时候错误就很少了,在进行可靠性分析的时候认为在该

时期故障率为一定值。本文认为因为软件问题导致保护失效的拒动率和误动率各占50%。在本文中采用 Logarithmic Exponential 可靠性模型,该模型的护算法的软件故障率的计算方法如下。

其中λ0为初始故障概率;θ 为故障减少率系数;u 为在系统运行过程中因为软

件问题累计发生的错误次数。

3、状态空间的建立和求解

微机继电保护系统在发生故障时是可以被修复的,因此,可以利用马尔可夫模型来描述微机保护的实际工作状态,所以本文采用马尔可夫状态空间法对微机继电保护系统的综合可靠性进行求解。本文综合考虑继电保护系统软件和硬件等因素,建立装置的综合可靠性模型如图4所示,在建立模型的过程中作了如下假设和分析:

1.本文认为继电保护系统发生软件失效和硬件失效时互不影响的;

2.本文认为继电保护的失效状态有拒动失效和误动失效,所以在建立马尔可

夫状态空间转移图的时候要考虑这两种情况;

3.对继电保护系统进行修复可以修复到初始正常的状态,即不引入新故障,保护系统在被检修的时候是退出运行的,并且同一时间不能够发生两种故障。

4.一般情况下微机保护系统具有自我检查故障的能力,因此其失效状态可以分为可自检失效和不可自检失效;

5.微机保护系统软件和硬件在投运期间失效率认为是恒定的,其拒动率和误动率被认为是常数;

结语:以当前国内外学者对继电保护可靠性的研究现状来看,国内外专家学者在继电保护可靠性方面做了大量的研究并取得了一系列的研究成果。但是在评估继电保护的可靠性上还缺乏一个统一的标准,得出的评估指标依评估模型不同而不同缺乏通用性。

参考文献:

[1]李再华,白晓民,丁剑,等.西欧大停电事故分析.电力系统自动化,2007,31(1):1-3.

[2]郭永基.电力系统可靠性原理和应用(上,下)[M].北京:清华大学出版社,1986.

[3]杨莳百,戴景宸,孙启宏.电力系统可靠性分析基础及应用[M].北京:水利电力出版社,1986.

论文作者:何耀洪1,何文1,廖子聪2

论文发表刊物:《基层建设》2016年2期

论文发表时间:2016/5/30

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