继电保护装置寿命分析及寿命影响机理研究杨周

继电保护装置寿命分析及寿命影响机理研究杨周

杨周

（神华包神铁路有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市017000）

摘要：随着我国社会经济的快速提升，国家基础设施建设亦随之进一步发展，电网继电保护更是被人们所关注。电力工程控制系统中的继电保护装置十分重要，此类装置不仅可有效提升电力系统运行效果，更能确保整个电网运行安全。继电保护装置寿命大都是12年，其具体使用中会因诸多外界因素而缩短其使用时间，这时对继电保护装置寿命分析及其寿命影响机理进行分析则非常重要，对我国整体电网的安全运行有着极大的现实意义。

关键词：继电保护装置；寿命分析；影响机理

继电保护装置由两部分内容构成，分别是软件部分和硬件部分。在继电保护装置的工作过程中，软件部分一般不会随着使用时间的增加而降低性能，并且，由于运维管理人员经常会对继电保护装置软件进行升级，使得继电保护装置在使用过程中的性能和可靠性还会进一步增加。而继电保护装置的硬件部分则不同，由于继电保护装置的硬件部分在使用过程中会出现老化，因而会导致继电保护装置的硬件部分性能降低甚至失效，造成继电保护装置误动，进而严重威胁到系统供电安全。

一、继电保护装置概论

1.1继电保护装置

继电保护装置正常使用时间大都是12年，但是其在具体使用和运行中会因外界环境因素而缩短使用时间，此类装置运行不稳定或是外界环境恶劣时，其使用时间会相应的缩短大约2年，这使其平均在使用10年至13年左右就被拆除。不过国家地域辽阔，电网亦是众多，其间也有运行稳定的继电保护装置，这时被损坏的继电保护装置寿命已到，但运行稳定的继电保护装置寿命并未结束，这也说明继电保护装置自身寿命与所处环境息息相关。

1.2继电保护装置对电力系统的重要性

继电保护装置可用于被保护的电力系统器件出现故障时，使电网即刻脱离该器件，此项指令是经由最近断路器而发出的跳闸指令，促使故障器件即刻脱离电力系统而处于断开状态，此项指令可充分降低电力系统器件自身损坏程度，同时确保了整个电力系统运行是安全可靠的，且以此充分满足电力系统中的各种特定要求；再是反应电气设备于不正常的情况下，可基于具体情况及其设备运行维护条件而发出对应信号，提醒相关人员对其进行处理，或者是经由继电保护装置更好地调节，可将继续运行会造成故障的电气器件快速切除，还有当继电保护装置反应不正常工作时，具备相应的延时动作。

二、继电保护装置的基本性能

（1）灵敏性继电保护装置的灵敏性是电力设备或线路在工作中电流和电压的变化，有一定的安全范围，即有相应的灵敏系数。继电保护装置的灵敏系数和选择性都是通过继电保护的整定值来控制的，一般一年进行一次整定值的校验。

（2）速动性继电保护装置在切除短路故障时要做到反应迅速，以减轻因故障造成的电力设备和线路的损坏，缩小故障范围，提高电力系统的稳定性。

（3）可靠性继电保护装置的可靠性主要表现两个方面：一是对故障动作的准确性：即在保护范围内该动作时应及时准确地动作；另一种是不产生误动作，即在正常运行状态时，不该发生动作时不产生动作。继电保护装置的可靠性受多方面因素的影响，如配置的合理性和技术性能的优良性等。在电力系统中通常有两套交直流回路，互为补充，以备一套装置发生误动作时能及时切断线路，保护设备和线路。正常情况下，任何电力设备都不允许在无继电保护的状态下运行，因此，可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

（4）选择性继电保护装置在工作中要对故障进行迅速的判断，按实际情况选择断开故障设备或故障线路。此外，对电网系统而言，一定要有逐级配合，以便故障发生时能选择性地切除故障而其他地区能正常供电。

三、影响装置寿命的机理研究

继电保护装置含大量的电子元器件，其运行电磁环境恶劣，温湿度、振动、灰尘、电磁干扰、电子芯片筛选等对继电保护装置的寿命有较大的影响，且承受的环境应力是多种应力的综合。设计、运行时综合考虑这些因素，有利于延长装置寿命。

3.1温湿度防护

（1）温度因素。在长期的继电保护装置维护过程中，发现温度是影响继电保护装置使用寿命的最重要的因素。在此，将温度影响继电保护装置使用寿命的机理分析如下：继电保护装置中安装有很多电路和芯片，在继电保护装置正常工作过程中，电路和芯片的温度容易升高，而温度升高会导致继电保护装置的电路元件和芯片逐渐老化，并且温度越高，继电保护装置中的电路元件和芯片的老化速度就会越快，当老化达到临界点时，就会引发继电保护装置的故障。此外，随着继电保护装置的科技含量越来越高，继电保护装置中的电路元件和芯片的数量以及芯片中单位面积的集成元件数量也在增加，这也导致继电保护装置更加容易受到温度升高的影响，出现老化现象。为了有效降低温度升高造成的继电保护装置的故障率，应当采取以下对策：一方面，要着重加强继电保护装置的低功耗和散热能力，使继电保护装置中产生的热量降低，同时使继电保护装置中产生的热量可以快速地扩散到外界环境中，避免造成继电保护装置的老化；另一方面，继电保护装置应当采用耐热能力强的印刷板，并在合理的范围内适当增加印刷板的厚度和导热、散热能力，同时，继电保护装置内的元器件应当选择具有更高的温度额定值的类型，采取科学的设计方式实现继电保护装置使用寿命的延长。

（2）湿度因素。湿度，是导致继电保护装置老化现象和故障率升高的第二大因素。但湿度的来源和温度存在明显差异，温度主要来源于继电保护装置内部发热，而湿度主要来源于继电保护装置周围的外界环境。在外界环境中湿度较高时，继电保护装置的外壳以及内部元器件的物理性质、化学性质以及电性能都会发生一定程度的恶化，并且湿度越大、持续时间越长，继电保护装置的外壳和内部元器件的老化程度就越明显、越恶劣，在恶化达到一定程度的时候，就会导致继电保护装置出现故障甚至完全失效。因此，为了保障继电保护装置正常运行，并实现继电保护装置寿命的延长，就必须采取有效的措施对抗外界环境中的湿度因素对继电保护装置造成的不利影响。具体来说，可以采取以下一些措施：①对继电保护装置进行科学设计，在不影响继电保护装置散热性能的前提下，通过科学的设计方式有效避免外界雨滴、水分等直接进入继电保护装置内部对继电保护装置内部元器件造成损害；②为了减轻湿度对继电保护装置造成的影响，可以在继电保护装置内部电路板表面涂覆防潮材料，例如硅橡胶就是一种非常好的选择，不仅可以有效降低外界湿度对继电保护装置造成的影响，同时也可以在一定程度上增加继电保护装置内部元器件的抗震能力，可谓一举两得。

3.2电磁干扰的防护措施

变电站周围充斥着大量的电磁场，这些电磁场会因雷击等不可控的天气因素或人为因素对继电保护装置形成电磁干扰，而继电保护装置电子回路工作电压低，主频越来越高，对电磁干扰更加敏感。以下两方面可减小电磁干扰的影响和危害：一是避免干扰的产生，减小干扰源产生干扰的强度；二是提高二次设备抗干扰的能力。

3.3运行管理制度完善

统计数据表明，开关电源模块是继电保护装置寿命最薄弱的环节。目前，每台继电保护装置一般配置一台开关电源模块，一旦电源模块异常，会导致继电保护装置退出运行甚至引起误动或拒动。如采用支持热插拔的冗余开关电源模块配置，可有效解决这些问题，且仅带来较少的成本增加。此外，在继电保护装置样机试制阶段，测试时将环境应力施加到产品上，可帮助发现设计、制造、工艺的薄弱环节，尽早采取有效纠正措施以消除产品的失效机理，提高产品的可靠性；出厂前对装置施加相应的环境应力，使产品的潜在缺陷加速发展成早期故障并加以排除，从而提高投运装置可靠性和寿命。

四、继电保护装置寿命分析

4.1浴盆曲线

可以将继电保护装置故障阶段分为3个阶段，其主要是早期故障阶段和偶然故障阶段与耗损故障阶段这3个部分：①早期故障阶段。该阶段属于第一阶段，此阶段中的继电保护装置均是因设施设备试运行缺乏而导致的；②偶然故障阶段。此阶段属于第二阶段，该阶段中的继电保护装置运行是较为稳定的，其间偶尔出现某些小故障；③耗损故障阶段。这属于第三阶段，此阶段中的继电保护装置使用时间是在快速缩短。总体而言，继电保护装置故障阶段可呈现为浴盆形状，此类形状被称之为浴盆曲线。

4.2加速寿命

继电保护装置寿命试验务必精确无误，可以说普通的寿命试验均应进行很长时间，且此类试验所需的资金较大，本文中的加速寿命试验方式十分有效，此类试验方式并不需要相关失效机理的应用，试验中是加大应力而使得加速样品可短时间内失效或是失灵，不过其加速老化环境及其实际环境未能相同，且加速老化模型及其不同模型所使用的参数不能合理设定。此类试验方式的主要目的就是基于环境中的应力来激发试验样品中的设计缺陷，从而及时提出科学适宜的处理方式来抵抗其间缺陷，可充分提升继电保护装置的运行可靠性。

结束语：

随着我国电网的不断发展，继电保护装置对电网的保护作用越来越受到人们的重视，继电保护装置的使用寿命问题也成为了相关供电企业运维管理人员关注的焦点。继电保护装置的使用寿命受到多方面因素的影响，既有人为的因素，也有环境的因素，也有继电保护装置自身设计的因素。为了有效提升继电保护装置的使用寿命，提升继电保护装置的工作质量，必须针对影响继电保护装置使用寿命的客观环境因素，找到科学的应对策略。相信随着对影响继电保护装置使用寿命的原因的研究不断深入，一定可以找到更加行之有效的、具有高性价比的应对策略，在不影响继电保护装置工作性能的前提下，实现继电保护装置使用寿命的增加。

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