繼電保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

引 言

電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，可能發(fā)生各種故障或異常操作，例如相間短路、接地短路等，以避免系統(tǒng)事故。一些自動(dòng)裝置斷開(kāi)斷路器或發(fā)送故障信號(hào)，這就是繼電保護(hù)裝置 [1]。繼電保護(hù)是一門技術(shù)學(xué)科，主要是對(duì)故障分析和故障解決措施的研究。因此本設(shè)計(jì)將從繼電保護(hù)的工作原理出發(fā)，了解繼電保護(hù)的故障，并對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)性和可靠性進(jìn)行研究分析，從而使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行 [2]。

1 繼電保護(hù)的工作原理

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，工頻電氣量隨之發(fā)生變化，這些變化構(gòu)成了各種動(dòng)作原理的繼電保護(hù)。例如，根據(jù)故障時(shí)電流增大進(jìn)行電流保護(hù)和電流速斷保護(hù) ；當(dāng)電壓在故障降低時(shí)，執(zhí)行電壓保護(hù)和電壓快速斷開(kāi)保護(hù)等。可以看出，通常只有在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)才進(jìn)行繼電保護(hù)。但也存在隱患， 假設(shè)故障檢測(cè)中的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致繼電保護(hù)做出不規(guī)則的動(dòng)作，將對(duì)電力系統(tǒng)造成一定危害。因此對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和可靠性研究在一定程度上可以減少事故的發(fā)生， 保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行

2 繼電保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)分析

不同情況下，繼電保護(hù)會(huì)產(chǎn)生不同類型的事故。 因此對(duì)不同事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，可在事故發(fā)生時(shí)更加高效快速解決問(wèn)題。電力系統(tǒng)主要包含三種可靠性分析方法，即確定性分析、概率分析和風(fēng)險(xiǎn)分析。與前兩者相比，風(fēng)險(xiǎn)分析是一種從處理系統(tǒng)安全的角度，將數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的分析方法。 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要任務(wù)包括 ：識(shí)別各種風(fēng)險(xiǎn) ；評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)概率和可能的負(fù)面影響 ；確定對(duì)象承受風(fēng)險(xiǎn)的能力 ；確定風(fēng)險(xiǎn)降低和控制的優(yōu)先級(jí)別，并建議降低風(fēng)險(xiǎn)的措施 [3]。其步驟一般分為四步 ：

(1) 確定系統(tǒng)或組件的故障模型 ；

(2) 選擇系統(tǒng)故障狀態(tài)并計(jì)算每個(gè)狀態(tài)的概率 ；

(3) 進(jìn)行系統(tǒng)故障分析并評(píng)估其后果 ；

(4) 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，即概率和其后果的組合。通常，可以選擇使用公式 R=PI 來(lái)分析風(fēng)險(xiǎn)，其中 R 表示操作風(fēng)險(xiǎn)，P 表示發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率 [4]。

電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對(duì)繼電保護(hù)裝置有四個(gè)要求，即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。選擇性意味著只有故障設(shè)備被移除， 其余設(shè)備可在發(fā)生故障時(shí)正常運(yùn)行，從而降低了停電范圍。其中階段式保護(hù)通過(guò)整定來(lái)滿足選擇性，而縱聯(lián)保護(hù)根據(jù)構(gòu)成原理來(lái)滿足選擇性。速動(dòng)性是指快速排除故障，確保電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)減少故障部件的損壞。靈敏度是指在保護(hù)范圍內(nèi)響應(yīng)各種故障的能力。可靠性是指故障發(fā)生時(shí)保護(hù)裝置不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)及不拒動(dòng)。其中不拒動(dòng)表現(xiàn)了其可依賴性，不誤動(dòng)則是指安全性。只有當(dāng)繼電保護(hù)裝置滿足上述四個(gè)要求時(shí)，才能最大限度地降低繼電保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 繼電保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 對(duì)于硬件系統(tǒng)內(nèi)部故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

繼電保護(hù)的硬件系統(tǒng)有設(shè)備和線路兩種，當(dāng)硬件系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)同樣會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)發(fā)生誤操作。

（1）硬件系統(tǒng)中的某些硬件發(fā)生故障，導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障并無(wú)法及時(shí)響應(yīng) ；

（2）硬件系統(tǒng)中的某些硬件發(fā)生故障，導(dǎo)致其他硬件在電力系統(tǒng)不正常運(yùn)行無(wú)法及時(shí)反應(yīng) ；

（3）電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，但因?yàn)橛布到y(tǒng)中的某些硬件發(fā)生故障導(dǎo)致保護(hù)裝置產(chǎn)生了誤操作。由此看出繼電保護(hù)裝置再受到外界或自身因素影響發(fā)生某些故障，不僅會(huì)對(duì)自身保護(hù)裝置造成影響，還可能對(duì)其他設(shè)備造成一定危害，即繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的內(nèi)容之一。

電力系統(tǒng)中，每個(gè)繼電保護(hù)裝置都有自己的保護(hù)范圍， 換言之，它可被視為其各自的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。而該區(qū)域的范圍與位置則由其整定值來(lái)確定。當(dāng)保護(hù)裝置中某個(gè)設(shè)備發(fā)生隱藏故障時(shí)，它會(huì)在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)誤操作，從而導(dǎo)致故障元件沒(méi)有及時(shí)切除而引起更多的故障。輸電線路方向比較連鎖保護(hù)發(fā)生故障來(lái)解釋風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，如圖 1 所示。圖中RA，RB 均為輸電線路的收信機(jī)，DA，DB 均為保護(hù)裝置。當(dāng)RA 發(fā)生隱藏故障時(shí)，即故障 FA，此時(shí)它始終處于閉合狀態(tài)， 即無(wú)法接受近端與遠(yuǎn)端的信號(hào)。此時(shí)它可能會(huì)對(duì)輸電線路中其他設(shè)備發(fā)生故障造成影響。同時(shí)在對(duì) RA 作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)， 還需要確保滿足兩個(gè)條件，一個(gè)是外部故障 FB 在保護(hù)裝置DA 的保護(hù)范圍內(nèi) ；另外保護(hù)裝置需要發(fā)生隱藏故障，這樣才可能發(fā)生隱藏故障對(duì)輸電線路進(jìn)行誤操作。

3.2 對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

當(dāng)繼電保護(hù)被投入正常運(yùn)行前需要對(duì)其設(shè)定保護(hù)定值， 以更好地滿足選擇性和靈敏度的要求。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生一些風(fēng)險(xiǎn)，例如，設(shè)定的保護(hù)定值與實(shí)際情況不符， 即靈敏度不夠，可能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成安全隱患 [5] ；選擇性要求沒(méi)有達(dá)到，例如越級(jí)跳閘就是因?yàn)楸Ｗo(hù)定值高于基點(diǎn)保護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)而造成的 ；此外還有可能設(shè)定的保護(hù)定值無(wú)法滿足系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷量，這同樣也會(huì)危害電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行 [6-8]。

繼電保護(hù)發(fā)生誤操作具有一定的范圍，這個(gè)范圍是由保護(hù)定值設(shè)定不當(dāng)造成的，因此也可看作是保護(hù)定值的風(fēng)險(xiǎn)范圍。由圖 2 分析可看出，當(dāng) L1 因保護(hù)定值不當(dāng)而發(fā)生誤操作引起故障的發(fā)生，此時(shí)需要 B3 的繼電保護(hù)裝置來(lái)進(jìn)行保護(hù)操作，而 R3 與 R1 之間的保護(hù)誤動(dòng)引起 B3 誤動(dòng)，形成了保護(hù)定值的風(fēng)險(xiǎn)范圍 [9-10]。因此根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際需要確定保護(hù)定值，并對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，這樣才能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。系統(tǒng)連鎖保護(hù)如圖 2 所示。

4 繼電保護(hù)裝置的可靠性

繼電保護(hù)過(guò)程中不僅要做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，同時(shí)也要加強(qiáng)可靠性研究，可靠性即故障發(fā)生時(shí)保護(hù)裝置不拒動(dòng)、不誤動(dòng)。為提高可靠性，不僅要使用高質(zhì)量的設(shè)備，還要對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢修，并及時(shí)更換故障和舊設(shè)備，確保整個(gè)電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于可靠性分析有較多方法，如 Markov 狀態(tài)法、靜態(tài)故障樹(shù)法、蒙特卡羅仿真法、事件樹(shù)法和網(wǎng)絡(luò)法等。因此對(duì)于快速發(fā)展的電網(wǎng)建設(shè)，其復(fù)雜性日漸增加，不僅要引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，同時(shí)也要不斷創(chuàng)新，這樣才能對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

繼電保護(hù)作為維護(hù)電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的主要措施， 其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估至關(guān)重要，只有采取有效的措施去解決這些隱藏風(fēng)險(xiǎn)才能使電網(wǎng)運(yùn)行更加安全。