电力系统继电保护设备可靠性分析

     3、继电保护设备的可靠性
    继电保护装置是一种机电设备，一般来说，继电保护装置包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分和执行部分。如图2.1所示，测量部分从保护对象输入有关信号，再与给定的整定值相比较，以判断是否发生故障或异常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以决定保护是否动作。执行部分依据前面环节判断得出的结果予以执行：跳闸或发信号。

图1 继电保护组成方框图
    与一般的机电或电子设备甚至是电力系统的一次设备比较，继电保护的工作性质决定了其自身的一些特点，这些特点在其可靠性研究中必须予以注意：
    （1）继电保护尤其是静态式保护装置中所用的元件种类很多，元件的制造工艺复杂，影响其质量和寿命的因素很多，因而其故障更具有随机的性质，更宜用概率的方法和可靠性理论进行研究；
    （2）继电保护在电力系统中所处的地位极为重要，其不正确工作可能引起极为严重的后果和巨大的经济损失。但是，继电保护是经常处于准备工作状态而非连续工作的设备，只有在系统故障的极短暂时间内需要继电保护工作。如果在准备工作状态下，发生影响其正确工作的缺陷而能及时发现和消除，则仍应认为是可靠的。因此，及时发现故障并快速消除之是提高保护工作可靠性的重要措施；
    （3）继电保护总是在电力系统故障时工作。因此，其最终的工作可靠性不完全决定于其装置本身，还与电力系统的运行方式、故障的统计规律和故障的性质等因素有关；
    （4）各种继电保护装置在电力系统中不是孤立地工作，而是相互有机配合，相辅相成，构成完善的保护系统。因此，某一保护装置的可靠性不只决定于其本身，还与其他保护装置的可靠性有关。不仅应研究单个继电保护装置的可靠性，还要研究各保护装置配合工作的可靠性。
    电力系统继电保护设备可靠性的要求和特点如下：
    (1)总体设计：要该通过系统可靠性指标的分配和预计，进行优化设计，使之在现有条件下具有一定的可靠性。
    特点：从整体出发，经过分配、预计，和再分配、再预计等几个循环，找出系统或者整机性能最好、可靠性最高、成本最低的最佳方案。
    (2)电路：电路设计、元件选择、容差和降额设计，在满足性能、价格等要求的前提下，参考电路所容许的公差，确定元器件参数和类型，设计电路组成方案，并注意减额使用。
    特点：需要核算审查电路的每一个规定的特性，采取必要的加强措施，并在有关部位设置报警和保护装置。
    (3)结构：主要考虑计算机及其应用系统设备及其元件的安装方式，并采用散热、抗热、冷却、防泄漏、抗干扰、防振动、抗冲击措施和环保措施。
    (4)抗冲击、振动：尽可能提高整个机箱或整机的固有频率；选择设计适当的减振器，如橡胶减振器、空气弹簧减振器、双刚减振器、阻尼减振器。使系统振源的固有频率低于激振频率。
    特点：主要针对元器件所在的机械环境中，各类机械振动冲击对系统可靠性产生的影响，加强物理方面的保护，减轻机械环境对系统设备可靠性的影响。
    (5)电磁兼容性：通过滤波、屏蔽、隔离、接地、避雷电、防静电等措施，使计算机及应用系统于同一时空环境中的电子设备兼容兼顾。
    (6)可维性：目的在于
    ①于维修；
    ②减少维修作业项目；
    ③减轻维修保养负担；
    ④减少后期保养费用。
    通过对设备可维性的提高，就可以把系统及设备的可靠性提高。
    (7)可用性设计：主要针对使用人员能方便、准确、迅速而可靠的使用各项设备，通过加强对操作人员方便及可靠性的设计，达到对设备和系统对可靠性的要求。
    (8)软件可靠性：自顶向下设计、结构化程序设计、程序综合与推导、函数程序设计以及有关的形式说明和程序变换等。
    (9)人机交互：主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模 式识别设备等。
4、继电保护装置可靠性评估方法
    电力系统可靠性是通过定量的可靠性指标来量度的。一般可以是故障对电力用户造成的不良后果的概率、频率、持续时间、故障引起的期望电力损失及期望电能量损失等，不同的子系统可以有不同的可靠性指标。对于不同的对象，我们可以采用各种不同的可靠性衡量方法，这些方法一般可以分为以下几种：
    （1）用概率表示
    其定义为“一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的概率。这个概率就是可靠性的量度。显然，这个定义和衡量方法主要用于不能修复的元件、设备或系统。对于可修复的元件、设备或系统来说，它只能反映其第一次故障前的可靠性。
    （2）用时间表示
    故障前平均时间MTBF。即从开始使用到发生故障的平均时间，可用于不修复元件、设备或系统，亦可用于可修复元件、设备或系统，表示第一次故障前的平均时间。故障间平均时间MTBF。用于可修复元件、设备或系统，表示两次故障之间的时间。
    （3）用频率表示
    正确动作率，即在一定期限内，被统计的可修复元件、设备或系统正确动作的次数与总动作次数之比，可以用公式表示为：
    正确动作率= ( 正确动作次数/ 总动作次数)×100%
继电保护系统可靠性是一般指继电保护系统在预定的工况下及时间内成功完成预定功能的能力。这里的可靠性包含设备可靠性和功能可靠性。设备可靠性以A 表述，从二次系统的观点描述投入运行的继电保护系统在任何时刻处于工作状态的概率。功能可靠性则以R 表述，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。用完好度P 作为继保系统可靠性的衡量指标，其关系为:
                           P = A R                         
    可靠性指标建立的原则有：
    ①以满足使用要求为原则，覆盖继电保护行为的特征；
    ②在满足一定先进性和使用要求的前提下，尽可能降低成本；
    ③根据使用条件的不同确定可靠性指标的水平；
    ④指标的可测定性原则——选择的可靠性指标应考虑指标间的相关性和可行性。
    （3）可靠性技术使用等级和归纳分析
    第一等级：军用级。由于军用等级对所有设备的要求最高，所以相对应的所需求的可靠性也就最高，与此同时对于经费等问题则会考虑的较少。在设置军用设备的和系统的时候，主要考虑最高的可靠性，一般情况下都使用最好的、最先进的、最高可靠的仪器和设备，这样来达到高可靠性的目的。
    第二等级：工业级。由于工业级所考虑最多的是追求高性价比，所以通常考虑的因素会最多。它需要综合考虑更多的因素，如：生产的效率，生产的可靠性，生产的成本，生产的周期等。这样以来，对于工业级别的设备及系统要求来说，设计是较为复杂的，需要综合全面考虑，在追求较高可靠性的同时，还要追求较高的经济效益。
    第三等级：民用级。由于民用级所最多考虑的是成本，所以在追求设备的可靠性方面要求最低，这就意味着，它所使用的设备较为的便宜，追求可用性，而非高可靠性，所以民用级的设备等对可靠性的要求最低。
表1  提高可靠性技术使用场合归纳分析表