繼電保護的風險評估

時間：2021-11-10 22:18:02

關鍵字：繼電保護風險評估可靠性電力能源電網(wǎng) 保護設備

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[導讀]摘要：隨著社會的快速發(fā)展，國家對于電力能源的需求日益增加，電網(wǎng)運行帶來許多不確定因素。繼電保護作為電力系統(tǒng)重要的組成部分也變得尤為重要。因此為維持系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行即保證其安全性和穩(wěn)定性，需要對此進行風險預估。文中主要圍繞著繼電保護裝置對其風險和可靠性進行研究分析。

引言

電力系統(tǒng)運行期間，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。一些自動裝置斷開斷路器或發(fā)送故障信號，這就是繼電保護裝置 [1]。繼電保護是一門技術學科，主要是對故障分析和故障解決措施的研究。因此本設計將從繼電保護的工作原理出發(fā)，了解繼電保護的故障，并對其風險性和可靠性進行研究分析，從而使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運行 [2]。

1 繼電保護的工作原理

當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，工頻電氣量隨之發(fā)生變化，這些變化構成了各種動作原理的繼電保護。例如，根據(jù)故障時電流增大進行電流保護和電流速斷保護；當電壓在故障降低時，執(zhí)行電壓保護和電壓快速斷開保護等?？梢钥闯觯ǔＶ挥性陔娏ο到y(tǒng)發(fā)生故障時才進行繼電保護。但也存在隱患，假設故障檢測中的錯誤可能導致繼電保護做出不規(guī)則的動作，將對電力系統(tǒng)造成一定危害。因此對繼電保護裝置進行風險評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)定運行

2 繼電保護的風險分析

不同情況下，繼電保護會產(chǎn)生不同類型的事故。因此對不同事故進行風險預測，可在事故發(fā)生時更加高效快速解決問題。電力系統(tǒng)主要包含三種可靠性分析方法，即確定性分析、概率分析和風險分析。與前兩者相比，風險分析是一種從處理系統(tǒng)安全的角度，將數(shù)量經(jīng)濟與技術經(jīng)濟相結合的分析方法。風險評估的主要任務包括：識別各種風險；評估風險概率和可能的負面影響；確定對象承受風險的能力；確定風險降低和控制的優(yōu)先級別，并建議降低風險的措施 [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)并計算每個狀態(tài)的概率；

(3) 進行系統(tǒng)故障分析并評估其后果；

(4) 計算風險指標，即概率和其后果的組合。通常，可以選擇使用公式 R=PI 來分析風險，其中 R 表示操作風險，P 表示發(fā)生風險的概率 [4]。

電網(wǎng)運行時對繼電保護裝置有四個要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。選擇性意味著只有故障設備被移除，其余設備可在發(fā)生故障時正常運行，從而降低了停電范圍。其中階段式保護通過整定來滿足選擇性，而縱聯(lián)保護根據(jù)構成原理來滿足選擇性。速動性是指快速排除故障，確保電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，同時減少故障部件的損壞。靈敏度是指在保護范圍內響應各種故障的能力?？煽啃允侵腹收习l(fā)生時保護裝置不會發(fā)生誤動及不拒動。其中不拒動表現(xiàn)了其可依賴性，不誤動則是指安全性。只有當繼電保護裝置滿足上述四個要求時，才能最大限度地降低繼電保護的風險。

3 繼電保護的風險評估

3.1 對于硬件系統(tǒng)內部故障的風險評估

繼電保護的硬件系統(tǒng)有設備和線路兩種，當硬件系統(tǒng)內部發(fā)生故障時同樣會導致繼電保護發(fā)生誤操作。

（1）硬件系統(tǒng)中的某些硬件發(fā)生故障，導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障并無法及時響應；

（2）硬件系統(tǒng)中的某些硬件發(fā)生故障，導致其他硬件在電力系統(tǒng)不正常運行無法及時反應；

（3）電力系統(tǒng)正常運行，但因為硬件系統(tǒng)中的某些硬件發(fā)生故障導致保護裝置產(chǎn)生了誤操作。由此看出繼電保護裝置再受到外界或自身因素影響發(fā)生某些故障，不僅會對自身保護裝置造成影響，還可能對其他設備造成一定危害，即繼電保護風險評估的內容之一。

繼電保護的風險評估

電力系統(tǒng)中，每個繼電保護裝置都有自己的保護范圍，換言之，它可被視為其各自的風險區(qū)域。而該區(qū)域的范圍與位置則由其整定值來確定。當保護裝置中某個設備發(fā)生隱藏故障時，它會在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時出現(xiàn)誤操作，從而導致故障元件沒有及時切除而引起更多的故障。輸電線路方向比較連鎖保護發(fā)生故障來解釋風險評估，如圖 1 所示。圖中RA，RB 均為輸電線路的收信機，DA，DB 均為保護裝置。當RA 發(fā)生隱藏故障時，即故障 FA，此時它始終處于閉合狀態(tài)，即無法接受近端與遠端的信號。此時它可能會對輸電線路中其他設備發(fā)生故障造成影響。同時在對 RA 作風險評估時，還需要確保滿足兩個條件，一個是外部故障 FB 在保護裝置DA 的保護范圍內；另外保護裝置需要發(fā)生隱藏故障，這樣才可能發(fā)生隱藏故障對輸電線路進行誤操作。

3.2 對保護定值進行的風險評估

當繼電保護被投入正常運行前需要對其設定保護定值，以更好地滿足選擇性和靈敏度的要求。但在實際運行過程中會發(fā)生一些風險，例如，設定的保護定值與實際情況不符，即靈敏度不夠，可能對系統(tǒng)運行造成安全隱患 [5] ；選擇性要求沒有達到，例如越級跳閘就是因為保護定值高于基點保護安全標準而造成的；此外還有可能設定的保護定值無法滿足系統(tǒng)運行時的最大負荷量，這同樣也會危害電力系統(tǒng)的正常運行 [6-8]。

繼電保護發(fā)生誤操作具有一定的范圍，這個范圍是由保護定值設定不當造成的，因此也可看作是保護定值的風險范圍。由圖 2 分析可看出，當 L1 因保護定值不當而發(fā)生誤操作引起故障的發(fā)生，此時需要 B3 的繼電保護裝置來進行保護操作，而 R3 與 R1 之間的保護誤動引起 B3 誤動，形成了保護定值的風險范圍 [9-10]。因此根據(jù)電網(wǎng)運行的實際需要確定保護定值，并對電網(wǎng)繼電保護的風險進行評估，這樣才能提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。系統(tǒng)連鎖保護如圖 2 所示。

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