关键词：电力系统；继电保护；装置运行；可靠性指标
现代电力系统的发展使系统结构越来越复杂、规模越来越庞大 ,因而发生复杂故障的可能性也越来越大。2003年8 月美加的大停电事故再次警示人们:提高电力系统的监管和运行可靠性水平已刻不容缓。而电力系统中继电保护系统运行可靠性 的好坏与电力系统的运行可靠性密切相关,尤其是继电保护系统的不正确动作不仅会使电力系统的故障扩大 ,甚至可能发生不良连锁反应而造成电力系统崩溃,导致大面积停电,造成重大经济损失,给人们生活造成严重影响。人们已越来越感到研究电力系统运行的安全性和可靠性之重要与迫切,倍感到提高继电保护装置 的运行性能和进行系统级保护研究的急迫性。本文将就电力系统继电保护系统中继电保护装置运行可靠性中的某些相关问题进行初步的探讨。
1.继电保护装置的现状
19世纪60年代至80年代，晶体管的继电保护技术较为先进。19世纪80年代至90年代，集成电路保护技术较为先进。1984年，经过我国高等院校和科研所电力专家的共同研发，输电电路的微机保护通过专业鉴定，并正式投入使用，这开启了我国继电保护的崭新篇章。目前，继电保护已逐步迈向网络化发展，其对电力数据的控制、保护以及测量都提出了更高的要求。改革开放以来，我国经济快速发展，电力作为一种重要能源，其直接影响到我国经济的持续、快速发展。当前，电力系统的继电保护在促进我国经济发展方面发挥着重要作用。
2.继电保护系统运行状态的描述
电力系统中的继电保护系统不仅包含电流、电压互感器、继电保护装置,还应包括断路器,甚至自动重合闸。继电保护系统是一个串联系统,其中任何一个环节出现故障都将导致整个系统失去其应有的保护功能,即继电保护系统失去了可靠性。若整个串联系统的可靠性为P(S),串联系统中每个元件的可靠性分别为 P(x1)、P(x2)、P(x3)、P(x4),则:P(S)=P(x1) P(x2) P(x3) P(x4)，(1)式中P(x1)—— 电流、电压互感器元件的可靠性;P(x2)——继电保护装置的可靠性;
P(x3)——断路器跳、合闸机构的可靠性;
P(x4)——自动重合闸装置的可靠性。
继电保护装置的运行状态一般有正确工作和不正确工作 2种。因此,继电保护装置运行的可靠性指标也存在正确工作率和不正确工作率2种。所谓保护装置的正确工作是经设计、整定和试验后允许的工作状态。过去,继电保护装置运行的正确动作率的定义为:(保护区内故障正确动作次数/总动作次数)×100%;不正确动作率的定义为:[(保护区内故障拒动作次数+区内、外故障误动作次数+正常运行时的误动作次数)/总动作次数]×100%。这里总动作次数等于正确动作次数和不正确动作次数之和。一位资深的继电保护专家 2001年10月在一篇省电机工程学会优秀论文中认为,这种计算是否正确值得讨论。因为既然将保护装置在正、反方向区外动作统计在不正确动作次数内,则保护装置在正、反方向区外不动作也应认为是一种正确动作而计入正确动作率内,否则将出现下述不正确结论。
例如,若某一继电保护装置在1年内因为系统未发生内部故障而没有区内故障动作次数,但在正、反方向区外发生的 100次故障却有1次误动,按前述正确动作率计算方法,则保护装置的正确动作率为0,不正确动作率为100%。这种结论当然是不能接受的,对保护装置的评价也极不公正和不合理。所谓不正确动作一般包含保护装置在正、反方向区外故障时误动作和电力系统正常运行时误动作以及保护区内故障时不动作(即误动)。为此,笔者认为,既然当电力系统在正常运行时继电保护装置动作视为误动,那么当电力系统在正常运行时继电保护装置正确不动作理应计在正确不动作之列,以计算正确动作率。这样才能真正正确评价一个继电保护装置的运行可靠性性能。
根据上述分析和电力系统可靠性理论及电力系统继电保护相关规程中对保护装置状态的相关约定,继电保护装置的运行状态可描述为:
式中X(t)— — —继电保护装置运行状态变量。
继电保护装置的运行状态只可能有2种:正确动作和不正确动作。因而正确动作中就应该包含正、反方向区外故障正确不动作和正常运行时正确不动作。
3.继电保护装置的可靠性指标
目前，在我国实行的电力系统中，继电保护装置的可靠性指标主要是PC(其包括PC1、PC2、PC3)。PC1表示继电保护装置中故障的正确动作率；PC2表示继电保护装置中正反双向区外的故障正确不动作率；PC3表示继电保护装置正常运行时的正常不动作率。
当继电保护装置总的动作次数为R时，继电保护装置中故障内正确的动作次数为R1，而故障区外的不动作次数为R2，继电保护装置正常运行的正确不动作次数为R3， R=R1+R2+R3。
继电保护装置的不正确动作包括正、反方向区外故障， 若设不正确动作次数为E，正反方向区外故障动作次数为E1，其中，正方向区外故障误动次数为E11，反方向区外故障误动作次数为E12，电力系统继电保护装备正常运行时误动作次数为E2,继电保护装置保护区内故障拒动作次数为E3,由此得知， E=E1+E2+E3=E11+E12+E2+E3。据统计，电力系统保护装置在正常运行时不动作次数一般无法计算， 因此，其电力系统继电保护装置正确动作率为：
如上所知，继电保护装置的正确动作率为PC=PC1+PC2， 这能准确地评价继电保护装置的正确动作性能。
4.结论
电力系统继电保护装置运行的可靠性指标计算不仅关系到电力系统运行可靠性指标的正确评估,而且关系到继电保护系统的正确评估及继电保护装置的正确使用、改进和完善。笔者就继电保护装置的可靠性指标计算提出的想法是:
（1）将区外故障正确不动作纳入继电保护装置运行时正确工作率指标计算内能更合理、正确地评价其运行性能指标及利于其正确使用、改进和完善。
（2）将正确工作率指标细分为区内故障正确动作率、区外故障正确不动作率(又分为正方向区外故障正确不动作率和反方向区外故障正确不动作率),不正确工作率分为正方向区外故障误动作率、反方向区外故障误动作率、正常运行时误动作率和拒动率。这有利于对继电保护装置的运行性能及出现的问题进行更为具体深入的分析和研究。
参考文献
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[3]陈德树.继电保护运行状况评价方法的探讨[A]. 湖北省电机工程学会优秀论文集[C],2001.
论文作者:杨臻
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/8
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