继电保护的风险评估

引 言

电力系统运行期间，可能发生各种故障或异常操作，例如相间短路、接地短路等，以避免系统事故。一些自动装置断开断路器或发送故障信号，这就是继电保护装置 [1]。继电保护是一门技术学科，主要是对故障分析和故障解决措施的研究。因此本设计将从继电保护的工作原理出发，了解继电保护的故障，并对其风险性和可靠性进行研究分析，从而使系统能够正常稳定运行 [2]。

1 继电保护的工作原理

当电力系统发生故障时，工频电气量随之发生变化，这些变化构成了各种动作原理的继电保护。例如，根据故障时电流增大进行电流保护和电流速断保护 ；当电压在故障降低时，执行电压保护和电压快速断开保护等。可以看出，通常只有在电力系统发生故障时才进行继电保护。但也存在隐患， 假设故障检测中的错误可能导致继电保护做出不规则的动作，将对电力系统造成一定危害。因此对继电保护装置进行风险评估和可靠性研究在一定程度上可以减少事故的发生， 保证系统的安全稳定运行

2 继电保护的风险分析

不同情况下，继电保护会产生不同类型的事故。 因此对不同事故进行风险预测，可在事故发生时更加高效快速解决问题。电力系统主要包含三种可靠性分析方法，即确定性分析、概率分析和风险分析。与前两者相比，风险分析是一种从处理系统安全的角度，将数量经济与技术经济相结合的分析方法。 风险评估的主要任务包括 ：识别各种风险 ；评估风险概率和可能的负面影响 ；确定对象承受风险的能力 ；确定风险降低和控制的优先级别，并建议降低风险的措施 [3]。其步骤一般分为四步 ：

(1) 确定系统或组件的故障模型 ；

(2) 选择系统故障状态并计算每个状态的概率 ；

(3) 进行系统故障分析并评估其后果 ；

(4) 计算风险指标，即概率和其后果的组合。通常，可以选择使用公式 R=PI 来分析风险，其中 R 表示操作风险，P 表示发生风险的概率 [4]。

电网运行时对继电保护装置有四个要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。选择性意味着只有故障设备被移除， 其余设备可在发生故障时正常运行，从而降低了停电范围。其中阶段式保护通过整定来满足选择性，而纵联保护根据构成原理来满足选择性。速动性是指快速排除故障，确保电力系统并联运行的稳定性，同时减少故障部件的损坏。灵敏度是指在保护范围内响应各种故障的能力。可靠性是指故障发生时保护装置不会发生误动及不拒动。其中不拒动表现了其可依赖性，不误动则是指安全性。只有当继电保护装置满足上述四个要求时，才能最大限度地降低继电保护的风险。

3 继电保护的风险评估

3.1 对于硬件系统内部故障的风险评估

继电保护的硬件系统有设备和线路两种，当硬件系统内部发生故障时同样会导致继电保护发生误操作。

（1）硬件系统中的某些硬件发生故障，导致电力系统出现故障并无法及时响应 ；

（2）硬件系统中的某些硬件发生故障，导致其他硬件在电力系统不正常运行无法及时反应 ；

（3）电力系统正常运行，但因为硬件系统中的某些硬件发生故障导致保护装置产生了误操作。由此看出继电保护装置再受到外界或自身因素影响发生某些故障，不仅会对自身保护装置造成影响，还可能对其他设备造成一定危害，即继电保护风险评估的内容之一。

电力系统中，每个继电保护装置都有自己的保护范围， 换言之，它可被视为其各自的风险区域。而该区域的范围与位置则由其整定值来确定。当保护装置中某个设备发生隐藏故障时，它会在电力系统发生故障时出现误操作，从而导致故障元件没有及时切除而引起更多的故障。输电线路方向比较连锁保护发生故障来解释风险评估，如图 1 所示。图中RA，RB 均为输电线路的收信机，DA，DB 均为保护装置。当RA 发生隐藏故障时，即故障 FA，此时它始终处于闭合状态， 即无法接受近端与远端的信号。此时它可能会对输电线路中其他设备发生故障造成影响。同时在对 RA 作风险评估时， 还需要确保满足两个条件，一个是外部故障 FB 在保护装置DA 的保护范围内 ；另外保护装置需要发生隐藏故障，这样才可能发生隐藏故障对输电线路进行误操作。

3.2 对保护定值进行的风险评估

当继电保护被投入正常运行前需要对其设定保护定值， 以更好地满足选择性和灵敏度的要求。但在实际运行过程中会发生一些风险，例如，设定的保护定值与实际情况不符， 即灵敏度不够，可能对系统运行造成安全隐患 [5] ；选择性要求没有达到，例如越级跳闸就是因为保护定值高于基点保护安全标准而造成的 ；此外还有可能设定的保护定值无法满足系统运行时的最大负荷量，这同样也会危害电力系统的正常运行 [6-8]。

继电保护发生误操作具有一定的范围，这个范围是由保护定值设定不当造成的，因此也可看作是保护定值的风险范围。由图 2 分析可看出，当 L1 因保护定值不当而发生误操作引起故障的发生，此时需要 B3 的继电保护装置来进行保护操作，而 R3 与 R1 之间的保护误动引起 B3 误动，形成了保护定值的风险范围 [9-10]。因此根据电网运行的实际需要确定保护定值，并对电网继电保护的风险进行评估，这样才能提高电力系统运行的可靠性。系统连锁保护如图 2 所示。

4 继电保护装置的可靠性

继电保护过程中不仅要做好风险评估，同时也要加强可靠性研究，可靠性即故障发生时保护装置不拒动、不误动。为提高可靠性，不仅要使用高质量的设备，还要对每台设备进行定期维护和检修，并及时更换故障和旧设备，确保整个电力系统正常稳定运行。

对于可靠性分析有较多方法，如 Markov 状态法、静态故障树法、蒙特卡罗仿真法、事件树法和网络法等。因此对于快速发展的电网建设，其复杂性日渐增加，不仅要引进先进设备，同时也要不断创新，这样才能对电力系统进行保护。

5 结 语

继电保护作为维护电力系统正常稳定运行的主要措施， 其风险评估至关重要，只有采取有效的措施去解决这些隐藏风险才能使电网运行更加安全。