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(shù)學(xué)科，主要是對故障分析和故障解決措施的研究。因此本設(shè)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(fēng)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(dāng)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(gòu)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(dāng)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。可以看出，通常只有在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時才進行繼電保護。但也存在隱患， 假設(shè)故障檢測中的錯誤可能導(dǎo)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(fēng)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(fēng)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(fēng)險預(yù)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(fēng)險分析。與前兩者相比，風(fēng)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(shù)經(jīng)濟相結(jié)合的分析方法。 風(fēng)險評估的主要任務(wù)包括 ：識別各種風(fēng)險 ；評估風(fēng)險概率和可能的負(fù)面影響 ；確定對象承受風(fēng)險的能力 ；確定風(fēng)險降低和控制的優(yōu)先級別，并建議降低風(fēng)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(fēng)險指標(biāo)，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(fēng)險，其中 R 表示操作風(fēng)險，P 表示發(fā)生風(fēng)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(shè)備被移除， 其余設(shè)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(gòu)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(nèi)響應(yīng)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(dāng)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(fēng)險。

3 繼電保護的風(fēng)險評估

3.1 對于硬件系統(tǒng)內(nèi)部故障的風(fēng)險評估

繼電保護的硬件系統(tǒng)有設(shè)備和線路兩種，當(dāng)硬件系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障時同樣會導(dǎo)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(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障并無法及時響應(yīng) ；

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

（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(dǎo)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(shè)備造成一定危害，即繼電保護風(fēng)險評估的內(nèi)容之一。

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(fēng)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(dāng)保護裝置中某個設(shè)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(dǎo)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(fēng)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(dāng)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(yuǎn)端的信號。此時它可能會對輸電線路中其他設(shè)備發(fā)生故障造成影響。同時在對 RA 作風(fēng)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(nèi) ；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(fēng)險評估

當(dāng)繼電保護被投入正常運行前需要對其設(shè)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(fēng)險，例如，設(shè)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(biāo)準(zhǔn)而造成的 ；此外還有可能設(shè)定的保護定值無法滿足系統(tǒng)運行時的最大負(fù)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(shè)定不當(dāng)造成的，因此也可看作是保護定值的風(fēng)險范圍。由圖 2 分析可看出，當(dāng) L1 因保護定值不當(dāng)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(fēng)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(fēng)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。

4 繼電保護裝置的可靠性

繼電保護過程中不僅要做好風(fēng)險評估，同時也要加強可靠性研究，可靠性即故障發(fā)生時保護裝置不拒動、不誤動。為提高可靠性，不僅要使用高質(zhì)量的設(shè)備，還要對每臺設(shè)備進行定期維護和檢修，并及時更換故障和舊設(shè)備，確保整個電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

對于可靠性分析有較多方法，如 Markov 狀態(tài)法、靜態(tài)故障樹法、蒙特卡羅仿真法、事件樹法和網(wǎng)絡(luò)法等。因此對于快速發(fā)展的電網(wǎng)建設(shè)，其復(fù)雜性日漸增加，不僅要引進先進設(shè)備，同時也要不斷創(chuàng)新，這樣才能對電力系統(tǒng)進行保護。

5 結(jié) 語

繼電保護作為維護電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行的主要措施， 其風(fēng)險評估至關(guān)重要，只有采取有效的措施去解決這些隱藏風(fēng)險才能使電網(wǎng)運行更加安全。