基于故障树分析法的继电保护系统可靠性分析

基于故障树分析法的继电保护系统可靠性分析

任文琳陈泽明薛浩茹

（国家电网山西省电力公司检修公司山西太原030032）

摘要：目前，国内外关于各类机组、变压器、电网等电力系统一次设备的可靠性研究已逐步走向成熟。电力系统其二次系统的继电保护、自动装置等能自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，直接关系到电力系统的安全运行与可靠性。在电力系统其二次系统可靠性的研究中，继电保护的可靠性显得尤其重要，其不正确动作便会使电力系统的故障扩大，甚至可能发生不良连锁反应而造成电力系统崩溃，导致大面积停电，造成重大经济损失。因此，研究继电保护系统的可靠性十分重要，本文首先对影响保护系统的软件和硬件出现故障的因素进行分析，再运用故障树分析法对继电保护系统的可靠性进行分析，最终得出结论。

关键词：故障树分析法；继电保护系统；硬件系统；软件系统

随着电力系统的发展，社会生产以及经济发展对电力系统的依赖性越来越大，继电保护系统的可靠性也变得更加重要。目前，我国电力系统发展速度较快，对于电力系统一次系统的研究已经取得了很大的进步，但是由于电力系统结构非常复杂，相关的技术还并不完善，对于电力系统二次系统、继电保护系统可靠性等研究还并不成熟，然而它们对电力系统的安全性和可靠性的影响非常大。电力系统二次系统、继电保护系统可以自动排除电力系统中出现的故障，减少电力系统运行故障带来的危害。所以如何确保电力系统的安全性以及可靠性是目前电力部门面临的一个巨大的难题。

继电保护系统的良好运行关系到整个电力系统的安全性和可靠性，一旦机电系统出现故障就会导致整个电力系统无法正常运行，造成更大的系统故障，严重的可能使故障不断扩大，甚至影响到整个电网系统，对社会居民的用电安全会造成非常大的威胁，容易出现大面积停电现象，这对社会生产会带来非常严重的影响，对那些必须依靠电力才能生产的企业会造成巨大的经济损失。所以，我国要想确保电力系统的安全运行，必须加强电力系统二次系统的研究，尤其是对继电保护系统可靠性的研究，确保电力安全运行。本文通过故障树分析法对电力系统二次系统中的继电保护系统的可靠性进行研究分析，通过具体的算例论证继电保护系统的可靠性。

1继电保护系统的可靠性模型

通常情况下一些具有动态特征的系统故障问题是很难依靠静态建模的方式来进行解决，但是如果换用一些动态的建模方式，就可以有非常明显的可靠性能并很好的解决这一难题，而现阶段的动态建模分析方法主要会以pctri网理论和马尔可夫为主。在一些事件的相互间关系表达时，可能一个底事件会与其中一个或多项事件通过一些特定表达的逻辑符号连接在一起，他们之间的事件加入可能会存在一些实际风险或者叫做故障发生率，这样在利用故障树中一些少部分的因素是动态的来实行动态建模理论分析，可以有效、准确的模拟出现实生活中变电站的实际工作情形，这种分析问题的方法理论，很具有科学研究价值。

目前我国继电保护系统主要由测量装置、保护装置、二次回路、断路器及操作机构组成，其中二次回路包括继电器、电器元件、电缆和各个设备之间的连接导线等。继电保护系统的基本模型为：测量装置→保护装置→二次回路→断路器及操作机构。继电保护系统内有软件和硬件系统对整个系统的运行进行控制，下文中将对影响保护系统硬件和软件系统失效的因素进行分析，再进行继电保护系统可靠性分析。

2导致继电保护系统硬件故障的原因

继电保护系统中硬件系统主要包括继电保护装置、二次回路、电压电流互感器、继电保护的辅助装置、装置的通信、通道接口、断路器及操作机构等组成。这些组成部分都会对硬件系统的运行状态产生影响，一旦一个部分出现问题，整个硬件系统就会失效。以下是对各个影响因素的具体分析：（1）继电保护装置是由电源、CPU主系统、数字量输入、数字量输出、模拟量输入、通信、入机接口等7个模块组成，整体上来说继电保护装置与电脑的配置相差不大，其工作原理也很相近。当继电保护装置中7个模块任何一个部分出现问题，对整个装置运行就会产生影响，装置的功能就会大大下降。（2）二次回路包括继电器、电器元件、电缆和各个设备之间的连接导线等，设备之间的连接导线容易老化，或者是由于使用时间过长导线保护层破坏，导线露出表面，这样容易导致线路短路。其次，硬件系统中各元件之间接触不吻合，出现松动情况也容易导致硬件系统运行失效。（3）电压互感器和电流互感器在引出端子时接线的方向必须是准确的，并且要确保接线稳定，接口处没有松动的现象。但是电压电流互感器在实际运行中，很容易由于导线连接错误而发生故障。（4）交流电压切换箱、三相操作继电器箱及分相操作继电器箱等都属于继电保护的辅助装备，主要是辅助二次回路、断路器及操作机构的运行。（5）装置的通信、通道接口在整个硬件系统中作用非常大，同时也是最容易出现故障的部分，一旦接口松动或者断开，整个硬件系统就不发运行，通信就会受到阻碍，整个装置都无法正常运行。（6）断路器及其操作机构与继电保护系统的运行状态有着直接的关系，当断路器及其操作机构运行良好则继电保护系统能够很好的发挥作用，将电力系统中的故障自动排除，反之则不能自动排除故障。

3导致继电保护系统软件故障的原因

软件系统是整个继电保护系统中的核心部分，软件是确保继电保护系统保护功能能够实现的主要因素，如果软件系统失效，整个继电保护系统就会出现错误的运行指令甚至整个系统瘫痪无法运行。根据长期以来的工作经验的积累以及研究发现，影响软件系统失效的原因主要包括以下几点：（1）软件开发不够完善，对接收到的信号不能进行准确分析，甚至对用户输入的指令出现错误的理解。（2）软件结构设计以及运行原理不符合实际工作的需要。（3）软件编码发生错误。（4）在进行软件测试时没有严格按照相关的规定进行，导致在测试时没有发现软件系统本身存在的问题。（5）定值输入出错。

4硬件系统和软件系统出现故障的差异

硬件系统和软件系统在运行中出现故障的原因有多种多样。相对而言，软件系统故障的产生是随机的，故障存在于内部不易被发现，但是软件故障可以通过软件测试和自动装置进行自动排除。而硬件系统则会随着使用时间的增加，线路、设备等容易出现老化，从而导致硬件系统出现故障，在故障出现之前可以通过日常的线路检查等进行排查发现。硬件系统的安全运行主要是依靠硬件构成的所有元件的性能所决定的，而软件系统的安全运行则会受到软件本身的结构以及软在开发时的完整性的影响。因此，进行继电保护系统可靠性研究时，软件系统的可靠性研究要比硬件系统的可靠性研究难度更大。

5继电保护系统可靠性分析

继电保护系统可靠性分析主要是针对继电保护装置在运行过程中的状态进行分析，本文主要采用的是故障树分析法，对保护系统中的硬件和软件两个部分进行了分析，直观明了地分析了这两部分的影响因素，为继电保护系统可靠性分析提供了依据。

结语

随着我国电网建设的不断完善，电力系统规模越来越大，同时电力对社会生产以及经济发展的影响力也越来越大，所以继电保护系统的可靠性也变得更加重要。通过故障树分析法对继电保护系统可靠性进行分析，可以得出与系统保护可用度，并且分析结果的准确性更高。

参考文献：

[1]刘铝.继电保护系统的可靠性及在电网中的应用探讨[J].企业技术开发，2014（20）.

[2]熊幸.论述电力继电保护的可靠性及特点[J].科技与企业，2013（01）.