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摘 要 继电保护的选择性、速动性、可靠性、灵敏性对电力系统的安全运行起着关键的保护作用。在电力系统出现故障以及不正常运行状态时及时动作，可靠反应，从而防止事故的扩大从而保障电网的高质、高效运行。继电保护的可靠性分析即成为预防事故扩大化的最核心问题。
关键词 可靠性；继电保护；电力系统；优化
中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0037-02
可靠性在电力系统中指的是电能运输的安全性以及可依赖指标，是电力系统继电保护的最关键要求。当前继电保护可靠性研究仍处于发展阶段，研究可靠性的领域集中在FMECA、故障树法、马尔科夫、状态空间法等。
FMECA方法是构建系统的安全因子并进行分析，定性的分析出各种影响可靠性的因素的危害性，有助于工作者有所侧重。状态空间法适用于可修复的可靠性系统，即设备故障后可以通过修补继续实现其功能的可靠性系统。故障树方法是从设备出发，分析出导致故障的每一种可能的原因，从故障树的根目录到子目录一层层的进行细化和分析，从而更具体形象的看出影响电力系统继电保护可靠性的破坏因子。在电力系统继电保护可靠性的定义中，主要包括继电保护设备的可靠性以及保护系统的可靠性，即硬件可靠性和软件可靠性。设备可靠性可以理解为可用度，即设备的运行状况。系统（软件）的可靠度即在系统控制下设备动作的选择性、速动性、灵敏性等指标，也可以从设备误动、拒动等指数分析。
1 可靠性概念以及衡量指标
电力系统继电保护可靠性在电力行业的概念指的是电力设备（一次设备、二次设备）在运行条件下，处于故障以及不正常运行时反应能力。例如输电线路动作的跳闸以及自动重合闸操作等。
继电保护可靠性定量衡量指标即电力设备在电力运行的特定条件下和特定时间下实现保护功能的概率。此概率即电力继电保护一次、二次设备的可靠度，往往采取字母R表示。可靠度R（t）：电力一次、二次设备在故障以及不正常条件下运行相应时间t后，尚能继续保证供电功能的概率。可靠度的数学表达式即：
（1）
N个电力设备从开始投运到t时刻发生故障以及不正常运行的次数为n（t），当N趋于较大值时，设备在t时刻的可靠度相应数学式表达为：
（2） 设备失效分布密度：
电力设备失效分布密度f（t）表示在规定条件下电力设备在t时刻发生故障的概率即 （3） 2 影响电力系统继电保护设备可靠性的各种因素
1）继电保护设备自身的因素。电力系统继电保护从保护距离以及分段分析主要包括主保护、远后备保护、辅助保护以及异常异动保护四个方面。主保护即速动保护以最快速度切除故障电力设备；后备保护是主保护失效后更大范围的切除故障的应急保护措施。
电力设备的可靠性即硬件部分可靠性受型号、材料、生产工艺、厂家等影响。在电力网中，首先是设备的正确选用，再次是设备的质量保障。
2）软件因素。软件因素及二次系统的可靠性因素，在电力系统中主要指的是微机保护。系统控制电力设备的动作，系统由算法实现，所以常见的系统问题主要有以下几点。
①需求分析定义错误。对需要做出改变的保护动作理解不到位，不能实现其功能等。
②设计错误。编程过程中出现算法错误。
③译码错误。如语法错误，变量初始化错误等。
④调试错误。如原始数据错误等。
⑤文档错误。
3）外部环境及人为因素。
外部环境等因素有：
①温度：温度变化使元器件涂覆层脱落、灌封材料和密封化合物龟裂甚至破密封外壳开裂；由不同材料构成的产品对可靠性的影响也不相同。
②湿度：潮湿环境可以引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体膨胀。
③冲击、振动：变形、弯曲等对结构的影响主要是指变形、弯曲、产生裂纹等。
④人为因素主要包括设计接线出错、施工和检修未能按照设计接线等。根据电网统计，在220 kV电力网中，人为因素故障约占总故障的37.5 %。
3 线路保护可靠性实例及提升措施
1）计算实例。
根据某110 kV线路保护方案得出可靠性框图，见图1。
MUl、MU2：llO kV线路合并单元1、2；ITl、IT2：llO kV线路智能终端1、2；SW1：SV交换机A；SW2：SV交换机B；SW3、4：GOOSE交换机 A、B。
利用最小路集法和不交化算法，代入各元件的正常工作概率，可得llO kV线路保护的可靠性函数：
代入各元件的故障率，取t=50（年）可得llOkV线路保护可靠度为=0.999999987
2）可靠性提升措施。
电力系统继电保护是电力网的安全保护系统，可靠性决定电网功能质量，对可靠性的提升从各个设计单元出发。
①冗余技术。
应用冗余资源提升可靠性，在系统资源基础上留有附加资源，利用冗余技术可以恢复故障。但是在利用冗余技术时应考虑可靠性、容积、质量三者之间的权衡关系，针对重点故障提出对应的设计理论，从而提升可靠性。
②降额设计。
降额设计指系统内硬件单元的承受能力低于本身额定值，即元件的使用保留适合裕度。在降额设计过程中不应为了一味提升可靠性而降额导致元件性能浪费。实验表明裕度过大反而降低系统可靠性。所以在设计过程中应找到最优解。
③EMC设计。
EMC即电磁兼容，指元件或者系统在电磁环境下运行状态受的影响较小甚至可以忽略，提升该性能有利于提升可靠性提升，主要利用防静电技术、防雷击技术、防地电位升等方面考虑。
4 结论
本文通过总结电力系统继电保护当前可靠性涉及的问题进行总结和分析，进一步归纳和分析提高继电保护设备可靠性的意义和目标。分析影响可靠性的安全因素，并提出可靠性提升措施。
参考文献
[1]郭剑波.我国未来大区电网互联可能出现或应该注意的若干技术问题：全国联网和更高一级交流电压等级技术问题研究之一[J].电网技术，1998，22（006）：63-67.
[2]马永翔.电力系统继电保护[M].重庆：重庆大学出版社，2004.
[3]芮延年.现代可靠性设计[M].北京：国防工业出版社，2006：144-174.
[4]姜兴谓.可靠性工程技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005：118-172.
关键词 可靠性；继电保护；电力系统；优化
中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0037-02
可靠性在电力系统中指的是电能运输的安全性以及可依赖指标，是电力系统继电保护的最关键要求。当前继电保护可靠性研究仍处于发展阶段，研究可靠性的领域集中在FMECA、故障树法、马尔科夫、状态空间法等。
FMECA方法是构建系统的安全因子并进行分析，定性的分析出各种影响可靠性的因素的危害性，有助于工作者有所侧重。状态空间法适用于可修复的可靠性系统，即设备故障后可以通过修补继续实现其功能的可靠性系统。故障树方法是从设备出发，分析出导致故障的每一种可能的原因，从故障树的根目录到子目录一层层的进行细化和分析，从而更具体形象的看出影响电力系统继电保护可靠性的破坏因子。在电力系统继电保护可靠性的定义中，主要包括继电保护设备的可靠性以及保护系统的可靠性，即硬件可靠性和软件可靠性。设备可靠性可以理解为可用度，即设备的运行状况。系统（软件）的可靠度即在系统控制下设备动作的选择性、速动性、灵敏性等指标，也可以从设备误动、拒动等指数分析。
1 可靠性概念以及衡量指标
电力系统继电保护可靠性在电力行业的概念指的是电力设备（一次设备、二次设备）在运行条件下，处于故障以及不正常运行时反应能力。例如输电线路动作的跳闸以及自动重合闸操作等。
继电保护可靠性定量衡量指标即电力设备在电力运行的特定条件下和特定时间下实现保护功能的概率。此概率即电力继电保护一次、二次设备的可靠度，往往采取字母R表示。可靠度R（t）：电力一次、二次设备在故障以及不正常条件下运行相应时间t后，尚能继续保证供电功能的概率。可靠度的数学表达式即：
（1）
N个电力设备从开始投运到t时刻发生故障以及不正常运行的次数为n（t），当N趋于较大值时，设备在t时刻的可靠度相应数学式表达为：
（2） 设备失效分布密度：
电力设备失效分布密度f（t）表示在规定条件下电力设备在t时刻发生故障的概率即 （3） 2 影响电力系统继电保护设备可靠性的各种因素
1）继电保护设备自身的因素。电力系统继电保护从保护距离以及分段分析主要包括主保护、远后备保护、辅助保护以及异常异动保护四个方面。主保护即速动保护以最快速度切除故障电力设备；后备保护是主保护失效后更大范围的切除故障的应急保护措施。
电力设备的可靠性即硬件部分可靠性受型号、材料、生产工艺、厂家等影响。在电力网中，首先是设备的正确选用，再次是设备的质量保障。
2）软件因素。软件因素及二次系统的可靠性因素，在电力系统中主要指的是微机保护。系统控制电力设备的动作，系统由算法实现，所以常见的系统问题主要有以下几点。
①需求分析定义错误。对需要做出改变的保护动作理解不到位，不能实现其功能等。
②设计错误。编程过程中出现算法错误。
③译码错误。如语法错误，变量初始化错误等。
④调试错误。如原始数据错误等。
⑤文档错误。
3）外部环境及人为因素。
外部环境等因素有：
①温度：温度变化使元器件涂覆层脱落、灌封材料和密封化合物龟裂甚至破密封外壳开裂；由不同材料构成的产品对可靠性的影响也不相同。
②湿度：潮湿环境可以引起材料的机械性能和化学性能的变化，如体膨胀。
③冲击、振动：变形、弯曲等对结构的影响主要是指变形、弯曲、产生裂纹等。
④人为因素主要包括设计接线出错、施工和检修未能按照设计接线等。根据电网统计，在220 kV电力网中，人为因素故障约占总故障的37.5 %。
3 线路保护可靠性实例及提升措施
1）计算实例。
根据某110 kV线路保护方案得出可靠性框图，见图1。
MUl、MU2：llO kV线路合并单元1、2；ITl、IT2：llO kV线路智能终端1、2；SW1：SV交换机A；SW2：SV交换机B；SW3、4：GOOSE交换机 A、B。
利用最小路集法和不交化算法，代入各元件的正常工作概率，可得llO kV线路保护的可靠性函数：
代入各元件的故障率，取t=50（年）可得llOkV线路保护可靠度为=0.999999987
2）可靠性提升措施。
电力系统继电保护是电力网的安全保护系统，可靠性决定电网功能质量，对可靠性的提升从各个设计单元出发。
①冗余技术。
应用冗余资源提升可靠性，在系统资源基础上留有附加资源，利用冗余技术可以恢复故障。但是在利用冗余技术时应考虑可靠性、容积、质量三者之间的权衡关系，针对重点故障提出对应的设计理论，从而提升可靠性。
②降额设计。
降额设计指系统内硬件单元的承受能力低于本身额定值，即元件的使用保留适合裕度。在降额设计过程中不应为了一味提升可靠性而降额导致元件性能浪费。实验表明裕度过大反而降低系统可靠性。所以在设计过程中应找到最优解。
③EMC设计。
EMC即电磁兼容，指元件或者系统在电磁环境下运行状态受的影响较小甚至可以忽略，提升该性能有利于提升可靠性提升，主要利用防静电技术、防雷击技术、防地电位升等方面考虑。
4 结论
本文通过总结电力系统继电保护当前可靠性涉及的问题进行总结和分析，进一步归纳和分析提高继电保护设备可靠性的意义和目标。分析影响可靠性的安全因素，并提出可靠性提升措施。
参考文献
[1]郭剑波.我国未来大区电网互联可能出现或应该注意的若干技术问题：全国联网和更高一级交流电压等级技术问题研究之一[J].电网技术，1998，22（006）：63-67.
[2]马永翔.电力系统继电保护[M].重庆：重庆大学出版社，2004.
[3]芮延年.现代可靠性设计[M].北京：国防工业出版社，2006：144-174.
[4]姜兴谓.可靠性工程技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005：118-172.