基于可靠性经济分析的继电保护最优检修间隔时间

基于可靠性经济分析的继电保护最优检修间隔时间

宋子奇 李梦阳

国网孝感供电公司 湖北省孝感市 432100

摘要：在电力市场环境下，电力企业在决策中更为关注经济性问题，而对保护的状态检修也没有具体的实施办法。为此，本文针对继电保护装置自身的特点，定义保护年均经济损失，基于经济损失最少为目标函数来确定保护最优预防性检修间隔时间，同时利用算例验证其有效性。

关键词：电力系统；保护；可靠性；最优检修时间

前言

为指导保护装置的检修，我国电力系统已出台了相关的检修规程，如：规定各种保护设备的年检周期和方法，检修对象需包括保护装置及其二次回路等。在保证系统的安全、稳定运行方面起到了一定的积极作用。其不足在于：一方面，微机保护较传统保护具有自检、自诊断功能，能通过自检发现潜在的故障并且报警，大大降低了误动和拒动的可能性，检修间隔时间和策略应与传统的保护装置有较大差别。另一方面，这些检修策略的制定依赖现场经验和主观判断，缺乏可靠性理论依据，不可避免地出现检修过剩或检修不足。在数字保护装置检修策略方面，从实践经验的角度探讨保护系统的检修措施和检修周期问题，仍处于定性分析阶段。建立了保护动作的状态空间模型，以保护的可用度最大为目标，求解最优检修周期。文献提出了对二次设备进行状态检修的思路。

1继电保护

电力系统是一个组织架构相对庞大、运行情况相对复杂、专业技术要求较高的系统，既涉及发电系统，也涉及输电和配电系统。发电系统的每个子系统都包含着十分复杂的结构。电力系统组织结构较为复杂，电力系统子系统会配置对应的控制系统，通过控制系统保障每一个环节正常运行，以此保障整个电力系统的稳定运转，保证用户用电安全。

2保护可靠性经济分析

2.1保护年均经济损失

分析图1中保护动作时间序列可知保护造成的经济损失只与图中阴影部分时间有关，主要可分为3个部分：保护系统误动造成的经济损失、保护系统拒动造成的经济损失及保护系统检修费用。综合3个部分保护年均经济损失可表示为

(1)

式中：Ej为保护拒动年均经济损失；Ew为保护误动年均经济损失；Em为保护年均检修费用。保护误动年均经济损失应按2种因素考虑：①与误动次数成正比例增加的损失；②与误动恢复时间成正比例增加的损失。故保护误动年均经济损失可定量表示为

(2)

式中：Lwf为保护误动1次损失的费用；fw为保护误动频率；Lwt为保护误动单位时间经济损失；Tw为保护误动平均恢复时间。

保护拒动年均经济损失的计算也应按2种因素考虑：①与拒动次数成正比例增加的损失；②与拒动恢复时间成正比增加的损失。故保护拒动年均经济损失可定量表示为

(3)

式中：Ljf为保护拒动1次的损失费用；fj为保护拒动频率；Lji为保护拒动单位时间经济损失；Tj为保护拒动恢复时间。

保护年均检修费用包含2个部分：①检修的综合费用，和检修次数成正比；②检修时计划停电造成的用户损失，和停电检修时间成正比。故年均检修费用可定量表示为

(4)

式中：Lmf为1次检修的综合费用；Lmt为计划停电单位时间费用；fm1为不需要停电的保护检修频率；fm2为需要计划停电的保护检修频率；Tm为需要计划停电的保护检修时间。

2.2最优预防性检修间隔时间模型

保护检修的最终目的是减少保护拒动和误动造成的经济损失，所以最优预防性检修间隔时间问题可等效为求解保护年均经济损失Ep的最小值问题，可表示为

(5)

式中Tmp为预防性检修间隔时间。

这里的预防性检修间隔时间和检修周期不同，预防性检修间隔时间是由具体保护当前的可靠性状态和失效经济损失确定，并随保护可靠性状态和经济损失的变化而变化。但在实际生产过程中，希望保护有一个统一的检修间隔时间。最优的统一检修间隔时间问题可等效为求解所有保护年均经济损失之和最小值问题，可表示为

（6）

式中：Epi为第i个保护的年均经济损失；n为保护设备的总数。

3单一保护最优预防性检修间隔时间

本文以单一保护为例分析保护最优检修间隔时间。在建立单一保护完整的状态空间模型时首先做如下合理假设和说明：

（1）检修均能修复保护系统中所有故障，不引入新故障；检修可使保护系统恢复初始状态。

（2）单一保护在预防性检修和自检出故障后检修时被保护对象都必须停电。

（3）被保护对象故障时，若本保护系统拒动，则由相邻后备保护动作切除故障，引起停电范围扩大。

（4）认为保护各状态间的转移时间均服从指数分布。

4算例分析

以一实际线路单一保护系统为例，应用提出的模型分析最优预防性检修间隔时间。

图1保护预防性检修间隔时间分析

单一保护预防性检修间隔时间与保护年均经济损失分析结果如图所示，其中图1(a)为保护年均经济损失与预防性检修间隔时间关系；图1(b)为保护MTBFP灵敏度分析；图1(c)为保护自检概率sc灵敏度分析；图1(d)为被保护线路MTBFl灵敏度分析。分析图1中结果可得：

1）该单一保护系统的最优检修间隔时间为2年，此时保护年均经济损失最小，为20.43万元。

2）单一保护年均经济损失随预防性检修间隔时间的增大先减小后增加；预防性检修间隔时间增大，导致保护年均检修费用减少，不正确动作特别是拒动的年均经济损失增加。

3）单一保护最优预防性检修间隔时间随保护平均故障间隔时间MTBFp增加而增加。

4）单一保护最优预防性检修间隔时间随保护自检概率的增加而增加。这也显示了自检可以提高保护可靠性，延长保护检修间隔时间，降低年均经济损失。

5）单一保护最优预防性检修间隔时间随线路平均故障间隔时间MTBFl增加而增加。

5结论

本文定义了保护年均经济损失的概念，提出了以保护年均损失最小为目标确定继电保护最优检修间隔时间的方法。通过算例，对保护平均故障间隔时间、保护自检概率和被保护线路平均故障间隔时间灵敏度进行了分析。该方法对继电保护可靠性状态检修具有指导意义。

参考文献

[1]张良武，杨帅，南东亮，等.基于自动检测系统的继电保护移动运维平台研究[J].机电信息，2020（30）：50-52.

[2]王钢，丁茂生，李晓华．数字继电保护装置可靠性研究[J]．中国电机工程学报，2004，24(7)：47-52．