电力系统继电保护及其自动化装置可靠性研究

孙杰

(国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 江苏南京 210000)

继电保护在电力系统中的电气设备有着重要的保护作用，它可以保证系统运行的稳定性。一旦系统内部出现故障，继电保护就可以结合故障原因进行有效防控和处理，防止故障影响大面积扩散。随着电力系统的发展，人们对电力系统的安全运行要求越来越高，在这样的情况下，电力系统将会越发复杂，当系统结构复杂化，系统运行故障概率就会更高，而继电保护能够在故障产生时及时发出预警，进一步缩小故障影响范围，及时隔离和反映故障点。一般情况下，电力系统故障点主要是误动和拒动两个方面。误动故障是当继电保护装置在运行时，因为外部因素的影响，从而出现误动情况；拒动故障是继电保护装置出现故障时没有及时采取有效措施，致使故障影响范围逐渐扩散。在电力系统中安装自动化装置可以在电力运行过程中实时监控各项数据情况。在电力系统运行中，继电保护装置有着重要的故障动作作用，因此强化继电保护和自动化装置对于电力行业的发展来说有着重要意义。

1 电力系统继电保护与自动化装置的可靠性、重要性

因为电力系统主要是由继电保护和自动化装置以及其他保护设备组建而成，继电保护能够第一时间体现电气设备的运行状态，如果出现运行问题，能够及时向工作人员发出信号，方便工作人员及时准确地掌握设备运作情况，从而保障电力系统运行的安全性，进一步研究继电保护自动化装置对于电力事业发展来说十分重要。通常情况下，不管是从输入还是输出情况分析运行情况，其装置结构都非常繁杂。因为继电保护可以促进整个电力系统的正常运作，所以需要在系统运行中设置多种可靠性的数据指标进行表征，如果未来减少电力系统的冗余，也没必要设置过多的指标。各个国家使用的继电保护可靠性指标体系大有不同，综合分析我国具体使用情况，当前我国普遍使用的可靠性指标有以下几种：第一，成功率，这一指标主要用来表示继电保护产品能否在规定条件下完成特定功能，如果是实验室条件下，将会使用实验成功概率来表示；第二，平均故障时间，这一指标主要是对于一些可以修复的产品，表示联合故障点之间正常运作时间的平均值，因为继电保护装置是可以修复产品，对此可以选择平均故障时间指标进行表征；第三，有效度，这一指标能够及时反映继电保护装置运作情况和是否可靠。具体有效度的表达公式是A=TMIBF/(TMIBF+TMTTR)，该公式中，A表示有效度；TMTTR则表征为修复所需时间，也就是产品出现故障与产品修复故障所用的平均时间；TMIBF表示为系统平均没有故障所用的时间[1]。

每个环节的生产模式都会随着社会的变革，朝着现代化、自动化方向发展，继电保护和自动化装置是电力网络运行的基本条件，深入研究这一课题对于我国电力事业发展非常重要。有效运用继电保护和自动化设备，可以及时发现系统运行过程中出现的故障，并且能够第一时间切断电力接通状态，并反映系统具体的运行情况。在可靠的故障数据下，电力相关工作人员可以采取有针对性的故障排查工作，减少排查时间，提高工作效率，保证人们生活和社会生产的有序性。

在国家城市化建设不断推进背景下，电网规模也在不断革新中，从而逐步扩大供电容量和范围，提高电力系统运行安全性，只有确保意外不出现，才能保证供电的连续性。一旦出现不可控因素，或不能确保继电保护设备和自动化装置的可靠性，致使继电保护设备出现问题，势必会影响电力系统的运行和供电质量，最终打乱人们的正常生活和社会生产。因此，必须要重视继电保护和自动化装置的可靠性，提高各项设备质量，这是保障社会用电的基础条件，也是适应时代发展的必要措施[2]。

2 影响继电保护设备及其自动化装置的可靠性因素

2.1 设备安全

因为继电保护设备和自动化装置的组成部分十分繁杂，因此主要根据设备整体质量和运行状况进行问题分析。比如一些设备不良生产厂家为了追求自身利益，提高工厂经营利润，他们会在生产各种设备时减少成本的投入，使用很多质量不符的零件，致使生产的设备本身质量就存在一些问题，从而严重影响着电力系统中的设备和自动化运行的安全性和可靠性。若设备中各种零件质量不达标，其构成的设备在运行中就会出现不协调等问题，让整个设备运作效率下降，无法保证设备自动化运行的安全性。

2.2 设备整定值

整定值是确保继电保护设备和自动化装置正常运行的重要数据依据，如果不能准确调整整定值，将会影响设备本身和自动化装置之间的协调性，以至于设备标准额定范围和整定值之间出现不匹配的情况，严重的话各项设备和自动化系统则不能正常运行，或在运行时出现大量的数据错误。因为施工质量和继电保护设备自动化的可靠性有着密切联系，如果在施工中出现安装不规范、设备使用和调试错误等现象，就会致使设备整定值出现错误，从而提高设备随机性和不可控性，严重影响着设备的运行状态，最终导致操作人员无法准确控制设备数值和运作[2]。

2.3 二次回路

在电力系统运行中，二次回路有着重要的稳定作用，该环节可以根据电力系统运行中的电源情况深入分析继电保护和自动化装置，掌握该系统具体运行情况，对于电子元件来说也会如此。电力系统在供电发展过程中，需要保持长时间的运作，为了确保继电保护自动化装置的电源容量和控制的精准度，应及时更新电力系统的电源，以此保证电源能够有效规避故障发生。因为设备运作时间很长，二次回路的安全性和可靠性会不断降低，比如：当系统中的电池出现损坏或老化问题，则会影响系统电流的稳定性。立足于电力系统整体运行，还需要进一步分析二次回路所连接的互感器性能和质量，该部件会因为恶劣的环境导致它出现各种零件损坏问题，从而影响了整个电力系统运行的安全性，降低继电保护自动化装置的质量和运行效果[3]。

2.4 周边环境

对于电力系统运行时的周边环境，也要全面分析各种影响因素，因为设备运行时间长，周边工作环境的温度会很高，一到温度超过相应范围，就会产生黑色烟气，当一些杂质堆积过多，则会加快系统装置老化问题，降低整体系统装置质量。在分析电力系统中的各项部件时，会发现一些设备接头、端子有着严重的质量和性能问题，因为该部分长期受周边环境的影响，对此会降低设备运行效率，增加设备接触不良等负面问题。

3 增强继电保护与自动化装置可靠性的策略

3.1 提高继电保护自动化装置的可靠性

首先，要实时记录继电保护自动化装置从开始运作到如今的状况。因为现如今在电力系统中使用的继电保护自动化装置的结构比较复杂，相应的功能比较多元化，对此在实际运作时相关参数会发生变化，从而引发装置故障。所以需要详细记录该系统的各时间段的运行情况，保障系统管理工作的高效性。

其次，要精准统计继电保护自动化装置的运作状况。当继电保护自动化装置在运作时，相关人员要全面统计各项数据信息，以此及时掌握电力系统各个设备的运作情况，从而达到动态化管理目的；一旦发现系统出现问题，可以有针对性地处理问题，以此保持电力系统的稳定运行。

最后，加大对继电保护自动化装置的管理力度。因为电力系统中涉及了很多继电保护软件，而这些软件运行的稳定性是继电保护自动化装置正常运行的基本保障，如果没有提高对继电保护管理的重视力度，当软件操作失误，容易引起继电保护自动化装置故障。基于此，电力企业要不断改善和执行继电保护操作制度，提高实际操作约束力，确保各项装置的正常运行。同时，还要及时升级更新各个软件系统，定期排查自动装置运行中的问题，将继电保护作用充分发挥出来。另外，要定期或不定期地利用计算机系统调试各项装置软件，以此提高继电保护系统在电力系统运行中的适应能力，并帮助相关工作人员及时充分掌握软件升级后的操作技能，从而保证管理工作的质量，推动电力系统科学发展。

3.2 变压器

自动化装置在运用保护变压器时会使用到以下几个方法。首先是接地保护，这一方法涉及了接地和不接地变压器。其次是瓦斯保护，一般情况下，该方法比较适用于变压器运作中油箱出现问题时的状况。一旦油箱出现故障，油会在电流中的电弧作用下分解，导致绝缘体基本性能消失，从而产生相应的有毒气体，威胁着维修人员的生命健康。该装置在保护变压器时，通常会根据故障中因为电流引起绝缘体产生有毒气体的含量情况及时提示维修人员，预防维修人员出现中毒情况。最后是短路保护，该方法主要涉及阻抗继电和电流继电保护两类。其中的电流继电保护是在设备和电源之间安装了相应的保护装置，当设备产生故障时能够及时切断电源；而阻抗继电保护是通过阻抗元件来刺激故障部位，以此对断电后产生相应的保护作用[4]。

3.3 接地保护

因为电力系统各个路线接地方式不一样，其中的小电流接地保护系统在发出提示信号后还能运作一段时间，但大电流接地系统一旦出现故障就会立即切断系统连接，这样可以让故障问题扩散速度放慢，从而保护其他设备运行。大小电流接地系统相比，小电流接地系统的使用率更高，如果某一设备产生故障，小电流接地系统会第一时间提示，查看电压表就可以判断其零序电压是否出现问题，这样的操作系统更加可靠方便。同时该系统还有录波保护功能，具体来说就是当电力系统出现故障，其可以自动、真实地记录各项电气量在故障发生前后产生的变化[5]。

3.4 合并单元隔离方法

合并单元可以为设备的保护水平提高准确地交流采样数据信息，这些数据采样和常规微机保护流程相似。如果一些设备在运行时需要带电、间隔合并部分故障，或需要检验相应保护设备数据时，隔离安全范围要包括可以接收交流采样数据的监控设备，这样才能进一步缩小故障影响范围。针对线路的保护，若该间隔合并单元出现故障，则相关的保护设备采样数据就会出现偏差或错误，最终导致保护功能丧失。为了提高保护设备运作效率，避免出现其他连续故障，应将其他相关保护设备退运，减少故障影响。然而，对于母差保护，如果一些设备是带电运行，其中某个线路间隔的采样工作就会出现问题，致使母差保护计算不正确，从而产生错误的母差保护动作，所以可以把母差保护退运[6]。

3.5 提升继电保护的自我调节功能

现如今，我国电力领域中相应技术还在不断发展中，对于能源的开发技术还需要进一步优化，因此发电厂电力系统会出现很多故障，监测人员要投入大量时间和精力进行检修。要想进一步强化故障检查的时效性和可靠性，电力系统可以强化继电保护及自动化装置，以此提高继电保护的调节效率。电力系统可以对比电路周围出现的异常情况，分析数据库中相应信息，通过自我调节的方法提高问题排查能力，以此及时采取有效措施纠正故障问题，从而保证电路的通畅性。另外，可以提高电力系统中自动记录功能，加强故障信息的录入，为下次故障排查提供参考，并重点检查之前出现过的故障点。

3.6 预防周边环境可靠性的影响

要想有效预防周边环境的负面影响因素，提高电力系统的运行效果，强化继电保护和自动化装置，必须要深入分析周边环境影响因素，比如针对周边环境中的电磁干扰问题，可以充分发挥电力系统中的传输效应，将电磁波干扰问题进一步减少，具体如下。

首先，要有针对性地将电磁干扰滤波排除，确保将这些电磁干扰排除后，电力运输效率能有效提高，同时可以更具现实情况制定相应的电力传输系统，以此保证电力运输质量。

其次，要将电力传输效果充分发挥出来，并有效实行电力系统继电保护装置的推动作用，将电磁干扰或其他外部环境因素屏蔽在外[7]。比如：可以建立相应的电磁干扰屏蔽机制，改善专门的继电保护策略，确保能有效控制电力系统的运输效率。

最后，可以根据外界雷电干扰情况，设置相应的防雷设施，提高继电保护和自动化装置的运行可靠性，同时，合理调试电力系统中的设备运行情况，提高电能运输效率，优化运行过程中的安全监管工作，从而强化电力系统运行效率。对于电力系统和自动化继电保护之间的关系，需要根据其中相关的技术内容进行分析，考虑各项设备安全运行的可靠性，不断探究运输电线路故障问题的优化策略，比如：可以搭建等比例的仿真模型，强化保护机理研究水平，提高自动化装置的整体质量[8]。

4 案例分析

根据电力系统继电保护及自动化装置运行的安全性和可靠性，重点分析河南某一供电单位案例。在该省某地区，110 kV的变电站，相关运行人员在修改主变保护定值时，其主编零序层出现过电压保护误动情况，从而切除了主变三册的开关装置。分析这一事件产生的主要原因是操作人员在变电站运行时没有定期检查相关辅助设备，导致这些设备长期运行从而引发重要故障，影响了自动化装置的可靠性。某厂渔子溪电站3 号机组的出口断路器出现非同期合闸情况，该问题出现的原因是断路器本体箱的辅助接点转换开关松动，导致断路器合闸不成功，这时，将断路器安置到原来断开的位置，保持回路和HBJ合闸信号，防止跳继电器TBJV 出现没有启动的情况，如果合闸回路没有断开，断路器就会出现第二次合闸，非同期合闸[9]。如果出现多次的“合”“跳”问题，则会导致电力系统震荡不止，损坏电流，最终影响自动化装置运行的可靠性。

5 结语

在经济社会发展背景下，社会对电力的需求不断增加，电力资源成为社会进步的重要资源，和人们的日常生活有着密切联系。因为电力系统的构成比较复杂，在运行过程中会受到各种因素的影响，而继电保护及自动化装置是电力系统的重要部分，该系统的稳定运行状况影响着电力整体质量。对此，继电保护及自动化装置的可靠性是保证电力行业科学发展的重要条件，在新形势下，电力企业必须要重视该系统的保护和增强，以此才能促进电力系统的安全性。