基于故障树分析法的继电保护系统可靠性分析

王剑初

摘要：随着我国电力事业的发展，网络结构越来越复杂，电力系统的规模也在逐渐增大。在在覆盖面不断扩大的同时，人们对电力系统可靠性也具有了更高的要求。在本文中，将就基于故障树分析法的继电保护系统可靠性进行一定的研究。

关键词：故障树分析法；继电保护；系统可靠性；

1 引言

在现今社会中，电力对于人们的生活具有非常重要的意义，电力系统运行的可靠性以及安全性也将直接对我国的国民经济发展产生影响。随着电力系统规模的扩大，我国电力网络所具有的结构也变得越来越复杂，并因此使人们对其所具有的可靠性具有了更高的关注。目前，我国对于变压器、电网以及机组的一次设备可靠性已经具有了较高的研究水平，并从最初的研究、评价逐渐深入到标准的建立。而对于电力系统二次系统、自动装置以及继电保护等，是否能够有选择性、正确、自动的对设备故障进行切除，以此使电力系统安全性得到了提升，则成为了非常重要的一项工作，同时也是以往我国电力系统研究过程中存在的空白区域。近年来，我国在电力系统二次系统可靠性研究的实践以及理论方面存在着较大的差异，其中，继电保护可以说是非常重要的一项设备，其不仅直接影响到电力系统运行的可靠性，如果在问题发生时没有进行正确的动作甚至会扩大电力系统故障，并因此引发电力系统崩溃情况，很可能因此在造成较大范围停电的同时对社会带来重大的经济损失。为了避免上述情况的出现，就需要我们能够做好继电保护可靠性的研究。

2 继电保护可靠性模型

对于电网继电保护系统来说，其由测量装置、二次回路、断路器操作机构以及继电保护装置所组成的，对于目前的计算机继电保护系统来说，其可以分为硬件以及软件两大部分，我们可以根据系统分类情况对可靠性影响因素进行寻找，并在一定的分析基础上对其计算模型进行建立，之后，则可以通过马尔科夫状态法的应用对其失效率以及可用度进行求出。

2.1 硬件失效因素

硬件系统方面，其由继电保护装置、辅助装置、电流互感器、电压互感器以及二次回路等组成的：第一，对于继电保护装置来说，其本质为一台较为特殊的计算机设备，分为以下几个模块：中央处理模块、模拟量输入模块、通信模块、人机接口模块、数字量输入模块以及数字量输出模块；第二，二次回路。二次回路在实际应用中很容易出现线路裸露、绝缘老化以及元件接触不良等问题，并因此使线路出现故障；第三，电压电流互感器。对于该设备来说，其在运行中可能出现接线连接松动以及二次接线错误等情况，在这种情况下，就需要互感器引出端子具有正确的极性，并保证电压互感器以及电流互感器二次端子到保护装置的接线具有正确性；第四，辅助装置。该装置可以分为三相操作继电器箱、分相操作继电器箱以及交流电压切换箱等，其能够作为断路器操作以及二次回路切换的辅助装置，能够对断路器设备的控制操作进行满足；第五，装置通道以及通信接口。其包括纵联差动保护的光纤、高频保护的收发讯机以及自动化系统网络接口等元件，对于这部分设备来说，在整个系统中为较为薄弱的环节，在实际应用中很容易使通信遭到阻断，并对装置的正确动作产生影响；第六，断路器。断路器在可靠性方面也不强，在实际应用中，其同继电保护系统能否完全的配合工作将对故障的切除有效性产生影响。

为了能够对影响保护失效问题进行更为深入的研究，我们以故障树分析法将硬件失效分成两个部分，即断路器失效以及保护失效。首先，我们设A保护正确，B表示断路器正确，系统失效情况则可以表示为 ，在此基础上，我们可以得到该硬件系统故障树为：

图1 硬件失效故障树

在上图中，我们分别对以下事件进行了设置：事件1表示断路器可靠性动作率；事件2表示断路器失效；事件3表示接线以及二次回路失效；事件4表示辅助装置失效；事件5表示电压电流互感器失效；事件6表示装置通道接口以及装置通信失效；事件7表示继电保护装置失效。之后，我们分别设x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7来表示上述7个事件的失效率，并通过下行法对其最小隔集进行求出，则可以得到硬件失效率为：

其中，不同模块所具有的概率重要度如下表所示：

表1 不同模块概率重要度

从上表可以看到，在不同模块概率中，保护装置所占据的比例值最大，其次则为二次回路。当其在整个模块中所具有的比例越大时，在硬件系统失效情况中的作用也就越大。从这里我们则可以了解到，保护装置是引起硬件系统出现失效情况最主要的一个环节，也为整个硬件系统中最为薄弱的一个环节。

2.2 软件失效因素

在计算机继电保护设备中，软件算法可以说是对保护功能进行实现的重要科信，如果软件出错，将会使保护装置出现拒动或者误动现象。有以下因素可能使软件出现错误：第一，由于没有对需求分析进行准确的定义而使用户同软件开发人员对实际需求具有不同的理解；第二，软件在算法原理方面存在的不足或者在设计上存在失误情况；第三，编码出现错误；第四，定制输入发生错误；第五，测试不规范。在对软件可靠性进行研究时，我们可以将软件可靠性视作一种随机的过程，并通过可用概率的分布情况对其进行描述。同时，我们也需要了解到，系统硬件与软件在可靠性上也存在着较大的不同：对于硬件来说，其存在着较为严重的老化现象，其所具有的可靠性将随着时间的增加而逐渐降低，而对于软件而言，其在具体使用中则不会存在老化现象，且其所具有的失效问题也会在我们对软件进行测试、运行的过程中得到排除。而在硬件可靠性方面，则同其内部的元器件具有着较为密切的关联，而软件可靠性则主要取决于自身复杂程度以及软件在设计上存在的问题等。对此，对于软件可靠性进行测量以及建模同硬件相比更加具有挑战性。在对软件模型影响因素进行分析后，我们可以得到下述公式：

其中，θ代表故障减少率系数；u代表软件系统在运行过程中累计发现的错误数；λ0代表初始故障概率。

3 结束语

在我国现今城市规模、工业建设规模不断扩大的情況下，城市电力供应的稳定性将直接对城市企业、居民的生活、经济产生影响，具有非常重要的意义。在上文中，我们对基于故障树分析法的继电保护系统可靠性进行了一定的研究与分析，具有较好的研究意义以及应用价值，需要我国电力部门能够在今后工作开展中能够更好的把握重要参数，在对重点设备进行良好控制的基础上保障电力的稳定供应。

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）：51-52.

[2]黄洁.继电保护系统安全运行措施探究[J].电源技术应用.2013（08）：55-56.