继电保护可靠性研究现状

时间：2015/2/28 13:02:00 来源：打印

    电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统.它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置(主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等)转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心，通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量，为地区经济和人民生活服务。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，故其生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成，并在同一地域内有机地组成一个整体，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行.据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电力系统中网络结点千百个交织密布，有功潮流、无功潮流、高次谐波、负序电流等以光速在全系统范围传播。
    电能既能输送大量电能，创造巨大财富，也能在瞬间造成重大的灾难性事故。为保证系统安全、稳定、经济地运行，必须在不同层次上依不同要求配置各类自动控制装置与通信系统，组成信息与控制子系统。它成为实现电力系统信息传递的神经网络，使电力系统具有可观测性与可控性，从而保证电能生产与消费过程的正常进行以及事故状态下的紧急处理，所以出现了继电保护。 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。保护电力系统及其元件(发电机、变压器、输电线路等)，使之免遭损害。基本任务是:当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
    电力系统作为一个庞大复杂的系统，各元件之间通过电或磁发生联系，任何元件发生故障都将在不同程度上影响系统的正常运行。继电保护作为电力技术的一环，它对保障电力系统安全运行、提高社会经济效益起到举足轻重的作用。电力系统由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不能完全避免的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响，为了确保电力系统的正常运行。必须正确地设置继电保护设备[2]。
    电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。我国继电保护技术在建国后随着电力行业的飞速发展得到了长足进步，在电子技术、计算机应用、通讯技术不断更新完善的情况下，在40余年的时间里继电保护技术完成了发展的四个历史阶段。50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用.期间阿城继电器厂根据国外先进的继电器制造技术，结合国内电力行业发展状况，建立了我国自己的继电器制造业，这是机电式继电保护繁荣的时代。60年代到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代，其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究的500kV晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁距离保护，运行于葛洲坝500kV线路上，结束了我国500kV线路保护完全依靠从国外进口的时代，这是晶体管继电保护时代。70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用已处于主导地位，这是集成电路保护时代。我国从20世纪70年代末即已开始了计算机继电保护的研究，1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在电力系统中获得应用，就此揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全且工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。
    目前，对于可靠性理论在电力系统继电保护方面的应用研究还处于发展时期，这方面的文献论述也不多。国内外学者主要从正确建立继电保护系统可靠性指标体系以及如何评估可靠性指标进行了研究，在工程、理论上也取得了一定的成果。研究系统可靠性的方法很多，其中以状态空间法、概率法、故障树法最常见。状态空间法因其适用范围较广，在可修复系统可靠性研究中得到广泛的应用，是一种非常有效的方法。电力系统中继电保护系统一般是可修复的，因此多数文献使用状态空间法研究继电保护系统的可靠性。
    最初，由于保护系统的拒动、误动，使故障范围扩大甚至发生不可控的连锁波及性跳闸，在电力系统实际运行中时有发生。在输电系统和发输电组合系统的可靠性研究中，所提出的一些解析模型已初步考虑了保护系统的影响，一般是借修正被保护元件的故障率来反映保护系统故障的影响，因而不能真实地反映保护系统对电力系统可靠性的影响，更加不能真实地反映对电力系统事故扩大（尤其是后备保护动作）的影响，这也是人们最初对保护系统可靠性研究的具体体现。
    随着人们对电力系统可靠性研究的深入，人们开始对继电保护系统可靠性指标体系进行研究。从系统设计的角度出发，对电力系统继电保护的可靠性指标进行了定义，把继电保护系统的可靠性指标分为设备的可靠性与功能的可靠性。设备的可靠性以可用度描述，即从二次系统的观点描述投入远行的继电保护系统在任何时刻处于工作状态的概率。功能的可靠性以可靠度描述，即从一次系统的观点描述处于工作状态的继电保护系统能够正确工作的概率，可靠度与继电保护的误动（包括无选择性动作）、拒动概率有关。以继电保护的实际工作情况为基础，完善了继电保护的各种概率型可靠性指标概念，从设备可靠性、功能可靠性概率及频率三个方面阐述了继电保护可靠性指标概念把继电保护可靠性指标概念分为状态概率指标，动作比率指标，频率指标等。以概率指标的方式阐述了继电保护可靠性指标的求解方法，利用状态空间法及网络法等通过算例进行求解可靠性指标，在各个方面可靠性概率指标明确的基础上，进一步求得一些综合的可靠性概率指标。分别对一套主保护、两套主保护及三套主保护三种方案的继电保护系统可靠性指标进行了比较分析，对冗余设计与优化问题也进行讨论。