汤菲
（国网江苏省电力公司溧阳市供电公司 213300）
摘要：本文从继电保护可靠性及其基础数据的特点入手，确定了基础数据来源及类型，设计实现了相应的数据库用于存放原始数据。针对保护失效的特点，比较全面、详细地实现了各种描述保护系统可靠性平均水平的指标计算，最后实现了保护装置在不同寿命阶段的失效率函数、可靠度函数等的估算，用于反映保护可靠性的时变特征及保护可靠度的短期预测。其分析结果可为全面评估继电保护系统的可靠性、制定合理的检修策略等提供依据，对进一步掌握和提升保护系统可靠运行水平具有积极意义。
关键词：继电保护 可靠性指标 基础数据 失效率函数
前言
近年来，大型电力系统互联及频繁发生的停电事故，使得继电保护系统的可靠性问题日益受到重视。在实用的保护可靠性评估及其定量计算模型有待继续深入研究的同时，作为影响继电保护系统可靠性评估结果可信度的重要因素之一的保护系统可靠性基础数据的收集和挖掘工作也受到越来越多的关注，目前该方面研究主要集中在：⑴涉及或专门针对可靠性基础数据收集、存储系统的分析、设计。⑵可靠性基础数据的初步挖掘。如依照失效类型研究老化失效和偶然失效的失效率函数估算方法。⑶按电压等级、保护类型等对保护可靠性的原始数据进行简单统计计算，如已进行多年的计算分析“正确动作率”等保护可靠性指标及造成保护失效的主要因素等。
1 保护可靠性数据源、数据类型及预处理
所谓可靠性数据是指在各项可靠性工作及活动中所产生的描述产品可靠性水平及状况的数据，可以是数字、图表、符号等形式。对于保护系统而言，主要包括装置投运时间、装置缺陷时间、缺陷类型、动作记录、维修记录等。数据主要源于故障信息系统、维修检修报告、调度中心运行报告、故障录波及台账系统等其他数据源。
由于继电保护装置数量和型号众多、更新换代较快、原始记录数据量庞大、信息源分散，且原始记录中可能存在一些无效信息，因此，有必要首先通过数据预处理进行数据筛选、补充等，得到完整的有效信息用于可靠性分析评估。为便于程序读取，本系统的数据库中，“原始数据”表的属性包括记录号、设备 ID、电压等级、型号、设备批次、设备投入运行时间、设备动作类型及代码（表征设备正确动作、误动及拒动等）、故障范围、状态变化时间、维修后恢复运行时间、故障原因和备注。每一项属性都有其特定的作用，例如电压等级、型号、设备批次等作为用户选择设备对象的依据；设备投入运行时间、系统状态变化时间和维修后恢复运行时间、设备动作类型代码等作为核心数据，用于计算各可靠性指标及其他统计分析。用户可根据分析的时间段将相关数据提取并导入到本程序数据库（当然也可以同步记录相关数据），然后按需要选择相应功能模块进行后续分析即可。
2 继电保护可靠性统计指标分析
可靠性评估分析的角度不同，确定选取的可靠性指标也应有区别。指标是否科学、合理，直接关系到可靠性评估的质量。我国现行的可靠性指标主要是以“正确动作率”为代表，该指标能大体反映继电保护系统的某些平均运行状况。但已有文献指出该指标存在难以全面反映保护正确不动作、保护装置数量等因素的不足。
本软件将继电保护系统的状态进行了细致划分，结合继电保护动作特点和目前可得到的基础数据类型，首先从统计计算的角度实现了如下指标的分析计算功能：无故障误动率、非选择性误动率、正方向区外故障误动率、反方向故障误动率、误动率、拒动率、自检发现的保护装置缺陷率、区内故障正确动作率、正确动作率、平均无故障运行时间、平均维修时间等。这些可靠性指标较立体地反映了继电保护的运行状况，能比较全面、详细地描述保护动作的可靠性。各指标可按下列公式计算：
式中，qxn′ 和qxn 分别表示相邻前后两年观察域内保护装置的缺陷次数。应用时，可根据基础数据的全面程度合理选用指标集作为衡量保护设备可靠性的依据之一。
3 继电保护可靠性的时变特征分析
继电保护装置在使用寿命期内，失效率、可靠度等实质上是随时间变化的函数，除了上节统计分析的其平均值，还应分析其时变特征，以便更客观地反映保护系统可靠性水平。失效分布大致可用浴盆曲线反映，主要包括早期失效期、偶然失效期和耗损失效期三个阶段。一般来说，保护装置在出厂或现场运行前，已历经测试，故不考虑早期失效，但由于偶然失效和损耗失效（老化失效）两种模式存在区别，因此在进行失效率等函数的回归分析时有必要采用不同的分布函数进行估算。
3.1 偶然失效及失效率估算
偶然失效是指由于外界环境（雷击过电流、测量信号干扰等）引起的保护装置故障。偶然失效率作为度量外界环境引发保护装置失效的强度，可近似为一个常数，故使用指数分布函数拟合。对n 个保护装置进行观测，若存在截尾数据，则此时保护装置运行状况相当于一个“无替换的定时截尾试验”。假设试验在0t 时刻结束， n 个装置中共有r 个失效，则失效率λ 的最大似然估计为
式中：t 为时间，m 为形状参数；η 为尺度参数。本文采用威布尔分布，首先结合最小二乘拟合法估算式(16)中 m 和η 参数，然后将该两参数带入其他各式即可得到典型的可靠性测度表达式。在威布尔分布的最小二乘估计中，为求得一条偏差最小的回归直线和符合实际的回归系数估计值，关键在于提高经验分布函数的精度。本文采用平均秩次法得到经验分布函数，即根据故障样本估计所有可能的秩次，然后求出平均秩次，再带入近似中位秩公式，得到经验分布函数。联合了最小二乘及平均秩次法估计威布尔分布参数的方法较有效地解决了常用参数估计法受人为因素影响较大、精度差且在现场使用不便等诸多问题，具有较高的准确性和实用性。
4 结束语
本文在分析继电保护系统可靠性基础数据特点的基础上，设计开发了继电保护可靠性基础数据收集分析软件。实现了数据预处理、详细可靠性指标的统计计算，以及可靠性的时变特征分析。软件可以从保护可靠性数据库中统计的典型属性入手，按照保护装置型号或电压等级，分析装置平均无故障工作时间、失效率、可靠度等函数，并据此作出保护系统可靠运行水平的短期预测。
参考文献
[1]戴志辉, 王增平. 继电保护可靠性研究综述[J]. 电力系统保护与控制, 2010, 38(15): 160-167.
[2]曾克娥. 电力系统继电保护装置运行可靠性指标探讨[J]. 电网技术, 2004, 28(14): 83-85.
[3]戴志辉, 王增平, 焦彦军. 继电保护可靠性数据收集系统设计[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(15): 47-51.
论文作者:汤菲
论文发表刊物:《电力设备》2016年第8期
论文发表时间:2016/7/19
标签：可靠性论文; 数据论文; 指标论文; 继电保护论文; 保护装置论文; 函数论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第8期论文;