郑璐

【摘 要】继电保护系统随时监控电力系统的运行状态，并能迅速准确地发现故障或出现的异常情况，从而有选择可靠地通过断路器切除故障部分或发出信号及时采取措施排除故障，担负着保证电力系统安全可靠运行的重要任务，作为保证电力系统承受大扰动能力的第一级安全稳定标准的技术措施。继电保护系统不正确动作便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。因此，从电力系统安全稳定运行的角度出发，对继电保护系统提出了必须满足“可靠性、选择性、灵敏性、速动性”的要求。在现代复杂大规模电网运行环境下必须加强电网对事故的承受力和提高继电保护系统动作的可靠性来提高电网的可靠性。

【关键词】继电保护系统;可靠性;建模分析

1 影响继电保护系统可靠性的因素

1.1继电保护系统软件因素

软件出错将导致保护装置误动或拒动。目前影响微机保护软件可靠性的因素有：需求分析定义不够准确;软件结构设计失误：编码有误：测试不规范：定值输入出错等。

1.2继电保护系统硬件因素

（1）继电保护装置。继电保护装置中与继电保护可靠性密切相关的模块有：电源供应模块;中央处理模块;数字量输入模块;模拟量输入模块：数字量输出模块。（2）二次回路。由二次回路绝缘老化、裸露导致接地等原因造成的故障在继电保护系统故障中占有一定比例。（3）继电保护辅助装置。这些辅助装置包括交流电压切换箱、三相操作继电器箱及分相操作继电器箱等，它们起着极为重要的作用。（4）装置的通信、通道及接口。高频保护的收发信机、纵联差动保护的光纤、微波的通信接口等装置系统易于发生通信阻断故障。直接影响继电保护装置的正确动作。（5）自动重合闸装置。继电保护与重合闸配合消除瞬时性故障，使电网恢复正常运行。（6）断路器。断路器是电力网络的重要元件，其可靠性不仅关系到继电保护的可靠性，还关系到电力系统主接线的可靠性。（7）电流互感器、电压互感器。互感器将高压侧的电压电流变换成适用于二次回路的电流电压。其采集量的误差主要是二次接线错误和接线的连接松动。

1.3人为因素

安装人员未能按设计要求正确接线或接线中极性不正确等误接线问题和检修、运行人员的误操作问题在不少电网中都曾发生过。在计算继电保护系统可靠性时，忽略设计部门及制造部门的人员可靠性，认为该因素已经包含在电子设备及保护系统的硬件可靠性中。

2 单主保护系统隐藏故障可靠性模型

单个主保护的隐藏故障可靠性模型由模型 1给出，如图 1 所示。受保护的部件有两种状态：正常状态 UP 和故障状态 DN;保护有四种状态：正常状态 UP 和故障状态 DN、隐藏非操作状态 DUN 和隐藏误操作状态 DUM。假定 CBM 不能检查保护系统的所有故障，因此保护系统可能处于隐藏故障状态，由于隐藏故障状态不是故障状态，则它没有故障后果且不属于误操作状态或非操作状态;它仅表明保护系统处于隐藏的不健康状态，并且在某些情况下可能会发生故障。例如，当故障发生在保护区外时，隐藏故障状态下的保护系统可能会发生误操作，当故障发生在保护区内时，可能会错误地拒绝操作。

在研究保护系统的可靠性时，必须考虑系统的每个状态的概率和状态之间的转换率。马尔可夫过程是分析状态切换最为有用的工具[8]。在图1 中，状态 1 表示部件被保护和保护设备的正常状态;状态2 表示当部件失效时，其保护正常运行;在部件修复后进入状态 1;状态 3 表示部件良好，保护器有自校验错误;状态 4 表示部件良好，保护器有非自校验误操作故障;状态 5 表示部件良好，保护器具有非自校验非操作故障;状态 6 表示在外部故障或自身故障情况下触发隐藏错误操作，并发生非自校验错误操作;状态 7 表示当部件发生故障时，发生非自校验的非保护动作;如果部件先修复，则进入状态 3;如果保护先修复，则进入状态 2;状态 8 表示部件故障，保护的误操作被认为是正确的操作，在部件修复后，则进入状态 4。隐藏的错误操作状态（状态 4）可以转换为隐藏的非操作状态（状态5），反之亦然。

3双主保护系统隐藏故障可靠性模型

模型 2 给出了双主保护系统的可靠性模型，如图 2 所示。该模型与模型 1 相似，但双主保护更复杂，保护器 P1 和 P2 的位置相同。定义姿P为保护 P1的故障率，主保护器 P1 的参数与模型 1 的相同。

对于保护器 P2，λP2为保护失效率，C3为自检成功率，C4为误保护率，P7=P4λP2（1 -C2）为非自校验保护误动率，P8=C4 λP2（1 -C2）为非自校验非运行保护率，μ2为保护器的修复率，μ是两种保护的同时修复率。定义：C9=C1λP，C10=C2λP2。

4考虑人为误差的单个主保护系统隐藏故障可靠性模型

人为误差可以定义为任何不正当行为而导致的影响系统正确动作的事件。从系统角度来看，使用可靠的硬件和软件，人为误差仍然对系统安全构成极大威胁。人为误差可分为六类：设计误差、操作者误差、制造误差、维修误差、检测误差和操作误差。有许多可用于进行人为误差可靠性评估的技术，例如 THERP（人为误差率预测技术），HEART（人为误差评估和缩减技术）等。保护系统的两种故障模式分别是误操作和非操作，人为误差对保护系统的影响有两种：误操作和非操作。在下面的分析中，假定在某些操作和修理之后出现人为误差。考虑了人为误差的单主保護系统的隐藏故障可靠性模型，如图 3 所示。该模型以模型 1 为基础，考虑两类人为误差：（1）由于操作人员操作不当造成的保护系统误操作，例如调度人员或值班人员不按正确程序操作;（2）维修后保护系统没有完全回复。例如修理后保护设置不变，这可能导致保护系统的隐藏误操作或非操作。

结束语

针对数字保护系统必须采取措施，不仅要减少误操作概率和非操作概率，而且要降低隐藏故障状态概率。与单主保护相比，双主保护系统增加了隐藏故障状态概率，从而降低了实际状态概率，同时也提高了两个主保护的可靠性。人为误差率会增加保护系统隐藏故障的状态概率，在正常运行和维护过程中必须降低人为误差。通过对数字保护系统中的在线自检和监控系统的改进，CBM 的应用可以降低隐藏故障的发生概率，只有通过这种方式，才能保证保护系统运行良好。

参考文献：

[1] 吕文超，吕飞鹏，张新峰.模糊聚类法在继电保护状态检修中的应用[J].电力系统及其自动化学报，2013，25（2）：93—97.

[2] 姜臻.基于马尔可夫小概率事件统计模型的继电保护隐藏故障分析[J].机电信息，2014（36）：1—3.

[3] 熊小伏，陈星田，曾星星，等.基于广义变比辨识的继电保护电流测量回路故障诊断方法[J].中国电机工程学报，2014，34（S1）：76—84.

（作者单位：阳泉供电公司）