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摘要：继电保护的可靠性评估一直就是继电保护中一项非常重要的研究课题，也是保证电网能否正常运行的关键。通过对保护系统中可能导致继电保护装置的 误动，拒动和非选择性动作概率分析，以及利用统计概率的方式来研究整个电网中继电保护的可靠性，是评估系统可靠性的有效途径和判断系统是否可靠的综合指标。
关键字：继电保护，电网，概率，可靠性
Abstract: the reliability evaluation of the relay protection has been a very important relay protection of research topic, also is the guarantee the normal operation of the power grid can be key. Through to the protection system can lead to relay protection device maloperation, refused to move and the selective action probability analysis, and the use of statistical probability way to research the whole in the power of the relay protection reliability, is to evaluate the reliability of the system is effective way to judge whether a system is reliable and comprehensive index.
Key word: relay protection, the electric grid, probability, reliability
中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：
0前言
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，对保证系统安全运行起到非常重要的作用。尤其是在高压电网中，继电保护是电网安全不可缺少的第一道防线。近年来其技术的发展面临电力系统高速发展的挑战，基于超、特高压远距离交、直流混合输电技术的超大规模互联电网其运行工况更为复杂和安全稳定问题更为严峻。它在电力系统发生故障时切除故障设备、对系统安全运行作出贡献，但若不正确动作(包括拒动和误动)也可能会给系统造成巨大的危害，作为一种自动控制装置，继电保护装置的运行可靠性必须通过设置合理的保护定值保证。作为获得合理保护定值的手段，作为保障现代大型电网安全运行的基本手段，继电保护整定计算是继电保护装置及时切除故障、避免恶性事故发生的保障。
继电保护的可靠性就是指根据不同用户的质量需要和数量标准向用户提供用电能力的度量包括安全性和充裕性。研究电力系统可靠性的目的就是评估电力系统中（发电系统、输电系统、配电系统和发电厂变电站电气主接线）等子系统中不同的可靠性指标。根据各个子系统的功能特点分别评估各自或不同组合的可靠性，进而提出了系统概率充分性和概率稳定性综合评估。
本文主要分析了继电保护所涉可靠性技术问题，尤其是在高压电网的应用中，如何充分利用继电保护作用，尽量避免一些不利的操作，减少因错误的操作而引起的损失，从而保证整个电网的顺利运行。
1可靠性分析
电力系统规模庞大，所包含设备的数量和种类众多。通常情况下一个中等规模的发输电系统就包含上百台机组和数百条母线，所涉及的设备包含有发电机，变压器，输电线等基本元件。运行的电力设备间时刻保持电气连接，运行状态相互影响，组合系统的运行模式很多，元件故障常常具有相关性，各负荷也相互影响，对其进行预测存在不确定性。另外环境气候条件、计划检修和反事故措施等是影响设备可靠性模型的重要因素，但对其进行精确、高效的数学描述还很困难，也极大地增加了计算的复杂性。因而电力系统可靠性在最初探索阶段和现今都是一个棘手的问题。
1.1 设计可靠性
继电保护装置是一种自动装置，在电力系统中主要负责电力系统的安全可靠运行，这是它的主要职责也是任务，它可以随时掌握电力系统的运行状态 ，同时及时发现问题 ，从而通过选择合适的断路器切断问题部分。在继电器保护技术领域，保护包含四个部分，即继电保护装置的研究设计，继电保护装置制造，继电保护研究系统设计和继电保护系统维护。这四个方面是个统一的整体，共同的目标是有效的消除系统故障，可靠地保证整个系统的安全稳定运行，减少不正常的停电，避免因大范围的停电所造成经济损失。
在继电保护系统中，可靠性通常包含有所用元器件参数的可靠性和保护装置电路结构性能的可靠性。由于继电保护电路整体设计复杂，且电路中为保证整个系统的可靠性，在电路中大多都包含有防干扰，防过压，自动决策，监视和测试以及原件的故障自锁等功能，因而要保证整个系统的可靠稳定，元器件参数的可靠性也显得非常重要。
1.2 运行的可靠性
现有的规划可靠性评估是对电力系统长期供电能力的综合度量，反映的是系统长期运行的平均可靠性水平，不能够反映实时运行状态的可靠性。電力系统中元件故障常常在特殊情况下发生的，不考虑元件的实时运行状态，认为其可靠性模型和参数一直不变，这与实际情况是不相符合的。继电保护和安全自动装置自身的可靠性虽然很高，但其配置、整定以及动作特性对系统可靠性的影响很大，往往是连锁故障发生的主要原因，而问题本身的分析已经很复杂，其普遍性机理尚未搞清，把继电保护和安全自动装置仅仅作为可靠性等效元件而不考虑其动作特性、配合特性，这在模型的设计上是很大的缺陷。用概率方法快速在线量化分析电网现有运行状态抗风险能力，相对于采用确定性方法的在线安全评估，其主要优点在于能够获得反映故障可能性及其严重程度的风险指标，对电力系统面临的不确定性因素给出了可能性与严重性的综合度量，有助于增强运行人员对电网潜在问题的理解和认知。
1.3继电保护的可靠性
在“继电保护失效概率对输电系统运行可靠性影响”一文中认为电力系统中继电保护可靠性是有继电保护装置的拒动和误动形式表现的，其概率是衡量继电保护可靠性的基本指标。继电保护的不正确包含误动，拒动和非选择性动作三个方面。
1.3.1拒动概率
继电保护装置在内的相关二次系统发生回路断线、硬件失效、方向元件输出错误等而使跳闸信号不能正确产生、传输，或断路器机构故障导致不能跳闸，称其为第一类拒动，以指数分布模型表示其概率
（1）
t为未来所考察的时间段，λ1为失效率
另外，由继电保护装置的运行环境参数（电网运行方式、保护整定值等）导致的不发跳闸信号，称其为第二类拒动，其概率为 ，表示多重化配置的继电保系统中共n套保护的第i套的此类拒动概率。继电保护系统拒动概率：
（2）
其中 是被保护设备的指数分布模型的故障概率，计算故障率的故障次数来源
于统计数据。
1.3.2误动概率
在被保护的一次设备未发生故障的前提下，包括继电保护装置在内的控制
跳闸的二次回路（硬件和接线）意外偶然接通或断路器机构故障而导致跳闸，称
其为第一类误动，也以指数分布模型表示其概率
（3）
t为未来所考察的时间段， 为失效率。
同样，继电保护装置的运行环境参数（电网运行方式、保护整定值等）导致的非选择性跳闸，称其为第二类误动，对于多重化配置的继电保护系统，用Pw2(i,j)表示第i套装置由第j条相邻下一级设备短路导致的误动概率。则继电保护误动概率
（4）
1.3.3 非选择性动作概率
保护装置中非选择性动作概率是指当电力系统发生故障时跳闸的越级动作。越级跳闸的原因有很多种如环境，温度，电子元件参数的不稳定等。因而在设计电力保护系统设备时要充分考虑这些因素。对于可能发生的越级跳闸，要采用必要的方案对策。仔细研究对于因环境，温度变化或者元器件的损害导致的越级跳闸动作发生的概率，计算因这些因素导致的发生越级跳闸非选择性动作概率。
2继电保护运行可靠性指标
对于第一类拒动概率和第一类误动概率指标是根据统计的故障次数计算的的全概率，其中第一类拒动属于隐性故障。代表着某一相对独立的继电保护系统的硬件在以后一段时间t内发生1次故障的可能性，也是硬件的可靠水平指标。减小这两个风险指标，可以有效的降低系统的误操作，从而提高系统的可靠性，通常的措施就是：
1）选择经严格质量控制流程而生产的断路器、继电保护装置、直流电源系统关键设备。
2）保证相关二次接线的施工管理，进行认真全面的投运测试，防止错误接线。
3）严格执行二次系统运行、维护、检修的安全监控流程，防止人为因素干扰。
4）合理的定期测试，重视并认真分析继电保护装置的自检告警信息，充分评估其危险性，及时更换可疑元件或模块。
3 结论
综合考虑各种不确定因素对其进行运行可靠性评估确有必要且是可行的。本章提出的评估模型能够量化出保护在特定差动量和制动量下的拒动和误动概率，而且其分布的平均值能够综合评估保护在各种情况下的总体性能，对于整定计算和保护判据设计也具有指导意义。在相对意义上，这些指标能够一定程度地反映差动保护运行性能的优劣以及电网因此而面临的风险。
参考文献：
[1]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京：清华大学出版社，2003.
[2]王德生，胡小正.电力系统运行可靠性评估[J].电网技术，1988，12(3):41－46
[3]丁明，李生虎，吴红斌.电力系统概率充分性和概率稳定性的综合评估[J].中国电机工程学报，2003，23(3):20－25.
[4]邵振国,林智敏,林韩,黄道姍.在线安全预警中的预想事故生成[J].电力系统自动化，2008，32(7)：15-18.
[5] 沈智健，周家启. 继电保护失效概率对输电系统运行可靠性影响[DB/OL].[2012-04-28]. http:// www.cnki.net.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键字：继电保护，电网，概率，可靠性
Abstract: the reliability evaluation of the relay protection has been a very important relay protection of research topic, also is the guarantee the normal operation of the power grid can be key. Through to the protection system can lead to relay protection device maloperation, refused to move and the selective action probability analysis, and the use of statistical probability way to research the whole in the power of the relay protection reliability, is to evaluate the reliability of the system is effective way to judge whether a system is reliable and comprehensive index.
Key word: relay protection, the electric grid, probability, reliability
中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：
0前言
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，对保证系统安全运行起到非常重要的作用。尤其是在高压电网中，继电保护是电网安全不可缺少的第一道防线。近年来其技术的发展面临电力系统高速发展的挑战，基于超、特高压远距离交、直流混合输电技术的超大规模互联电网其运行工况更为复杂和安全稳定问题更为严峻。它在电力系统发生故障时切除故障设备、对系统安全运行作出贡献，但若不正确动作(包括拒动和误动)也可能会给系统造成巨大的危害，作为一种自动控制装置，继电保护装置的运行可靠性必须通过设置合理的保护定值保证。作为获得合理保护定值的手段，作为保障现代大型电网安全运行的基本手段，继电保护整定计算是继电保护装置及时切除故障、避免恶性事故发生的保障。
继电保护的可靠性就是指根据不同用户的质量需要和数量标准向用户提供用电能力的度量包括安全性和充裕性。研究电力系统可靠性的目的就是评估电力系统中（发电系统、输电系统、配电系统和发电厂变电站电气主接线）等子系统中不同的可靠性指标。根据各个子系统的功能特点分别评估各自或不同组合的可靠性，进而提出了系统概率充分性和概率稳定性综合评估。
本文主要分析了继电保护所涉可靠性技术问题，尤其是在高压电网的应用中，如何充分利用继电保护作用，尽量避免一些不利的操作，减少因错误的操作而引起的损失，从而保证整个电网的顺利运行。
1可靠性分析
电力系统规模庞大，所包含设备的数量和种类众多。通常情况下一个中等规模的发输电系统就包含上百台机组和数百条母线，所涉及的设备包含有发电机，变压器，输电线等基本元件。运行的电力设备间时刻保持电气连接，运行状态相互影响，组合系统的运行模式很多，元件故障常常具有相关性，各负荷也相互影响，对其进行预测存在不确定性。另外环境气候条件、计划检修和反事故措施等是影响设备可靠性模型的重要因素，但对其进行精确、高效的数学描述还很困难，也极大地增加了计算的复杂性。因而电力系统可靠性在最初探索阶段和现今都是一个棘手的问题。
1.1 设计可靠性
继电保护装置是一种自动装置，在电力系统中主要负责电力系统的安全可靠运行，这是它的主要职责也是任务，它可以随时掌握电力系统的运行状态 ，同时及时发现问题 ，从而通过选择合适的断路器切断问题部分。在继电器保护技术领域，保护包含四个部分，即继电保护装置的研究设计，继电保护装置制造，继电保护研究系统设计和继电保护系统维护。这四个方面是个统一的整体，共同的目标是有效的消除系统故障，可靠地保证整个系统的安全稳定运行，减少不正常的停电，避免因大范围的停电所造成经济损失。
在继电保护系统中，可靠性通常包含有所用元器件参数的可靠性和保护装置电路结构性能的可靠性。由于继电保护电路整体设计复杂，且电路中为保证整个系统的可靠性，在电路中大多都包含有防干扰，防过压，自动决策，监视和测试以及原件的故障自锁等功能，因而要保证整个系统的可靠稳定，元器件参数的可靠性也显得非常重要。
1.2 运行的可靠性
现有的规划可靠性评估是对电力系统长期供电能力的综合度量，反映的是系统长期运行的平均可靠性水平，不能够反映实时运行状态的可靠性。電力系统中元件故障常常在特殊情况下发生的，不考虑元件的实时运行状态，认为其可靠性模型和参数一直不变，这与实际情况是不相符合的。继电保护和安全自动装置自身的可靠性虽然很高，但其配置、整定以及动作特性对系统可靠性的影响很大，往往是连锁故障发生的主要原因，而问题本身的分析已经很复杂，其普遍性机理尚未搞清，把继电保护和安全自动装置仅仅作为可靠性等效元件而不考虑其动作特性、配合特性，这在模型的设计上是很大的缺陷。用概率方法快速在线量化分析电网现有运行状态抗风险能力，相对于采用确定性方法的在线安全评估，其主要优点在于能够获得反映故障可能性及其严重程度的风险指标，对电力系统面临的不确定性因素给出了可能性与严重性的综合度量，有助于增强运行人员对电网潜在问题的理解和认知。
1.3继电保护的可靠性
在“继电保护失效概率对输电系统运行可靠性影响”一文中认为电力系统中继电保护可靠性是有继电保护装置的拒动和误动形式表现的，其概率是衡量继电保护可靠性的基本指标。继电保护的不正确包含误动，拒动和非选择性动作三个方面。
1.3.1拒动概率
继电保护装置在内的相关二次系统发生回路断线、硬件失效、方向元件输出错误等而使跳闸信号不能正确产生、传输，或断路器机构故障导致不能跳闸，称其为第一类拒动，以指数分布模型表示其概率
（1）
t为未来所考察的时间段，λ1为失效率
另外，由继电保护装置的运行环境参数（电网运行方式、保护整定值等）导致的不发跳闸信号，称其为第二类拒动，其概率为 ，表示多重化配置的继电保系统中共n套保护的第i套的此类拒动概率。继电保护系统拒动概率：
（2）
其中 是被保护设备的指数分布模型的故障概率，计算故障率的故障次数来源
于统计数据。
1.3.2误动概率
在被保护的一次设备未发生故障的前提下，包括继电保护装置在内的控制
跳闸的二次回路（硬件和接线）意外偶然接通或断路器机构故障而导致跳闸，称
其为第一类误动，也以指数分布模型表示其概率
（3）
t为未来所考察的时间段， 为失效率。
同样，继电保护装置的运行环境参数（电网运行方式、保护整定值等）导致的非选择性跳闸，称其为第二类误动，对于多重化配置的继电保护系统，用Pw2(i,j)表示第i套装置由第j条相邻下一级设备短路导致的误动概率。则继电保护误动概率
（4）
1.3.3 非选择性动作概率
保护装置中非选择性动作概率是指当电力系统发生故障时跳闸的越级动作。越级跳闸的原因有很多种如环境，温度，电子元件参数的不稳定等。因而在设计电力保护系统设备时要充分考虑这些因素。对于可能发生的越级跳闸，要采用必要的方案对策。仔细研究对于因环境，温度变化或者元器件的损害导致的越级跳闸动作发生的概率，计算因这些因素导致的发生越级跳闸非选择性动作概率。
2继电保护运行可靠性指标
对于第一类拒动概率和第一类误动概率指标是根据统计的故障次数计算的的全概率，其中第一类拒动属于隐性故障。代表着某一相对独立的继电保护系统的硬件在以后一段时间t内发生1次故障的可能性，也是硬件的可靠水平指标。减小这两个风险指标，可以有效的降低系统的误操作，从而提高系统的可靠性，通常的措施就是：
1）选择经严格质量控制流程而生产的断路器、继电保护装置、直流电源系统关键设备。
2）保证相关二次接线的施工管理，进行认真全面的投运测试，防止错误接线。
3）严格执行二次系统运行、维护、检修的安全监控流程，防止人为因素干扰。
4）合理的定期测试，重视并认真分析继电保护装置的自检告警信息，充分评估其危险性，及时更换可疑元件或模块。
3 结论
综合考虑各种不确定因素对其进行运行可靠性评估确有必要且是可行的。本章提出的评估模型能够量化出保护在特定差动量和制动量下的拒动和误动概率，而且其分布的平均值能够综合评估保护在各种情况下的总体性能，对于整定计算和保护判据设计也具有指导意义。在相对意义上，这些指标能够一定程度地反映差动保护运行性能的优劣以及电网因此而面临的风险。
参考文献：
[1]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京：清华大学出版社，2003.
[2]王德生，胡小正.电力系统运行可靠性评估[J].电网技术，1988，12(3):41－46
[3]丁明，李生虎，吴红斌.电力系统概率充分性和概率稳定性的综合评估[J].中国电机工程学报，2003，23(3):20－25.
[4]邵振国,林智敏,林韩,黄道姍.在线安全预警中的预想事故生成[J].电力系统自动化，2008，32(7)：15-18.
[5] 沈智健，周家启. 继电保护失效概率对输电系统运行可靠性影响[DB/OL].[2012-04-28]. http:// www.cnki.net.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。