本文提出利用故障樹理論來評估以同步相位量測系統（PMU）代替輸電線路上之測距電驛之可靠度分析。同步相位量測系統可用來為監視電力系統狀態（包括線路電壓、電流大小與相角等）之用，以GPS-PMU為基礎之輸電線保護電驛演算法已經被證實為相當可靠的保護技術。本文以PMU做為345 KV輸電線路之保護架構，對輸電系統之硬體可靠度進行分析研究。利用故障樹分析程式，分析台電345 kV輸電線系統以PMU替代傳統測距保護電驛下之系統可靠度，進而提出適合台電輸電線系統之GPS-PMU型保護電驛系統的雛型架構，因PMU對電力系統之監控能力佳，以建議雛型架構即時狀態監測站，全天候對電力系統進行全面性之監控與保護，使事故發生後能迅速找出故障點並快速反應修復，便可於最短之時間內盡快得提恢復電力之供應。

This thesis applied the fault tree method to the reliability analysis of the transmission line system with PMU protective relaying configurations. The PMU system can be applied to monitor the system status, including line voltage, electric current and Phase Angle etc. By means of real-time monitoring, the orientation measurement in malfunction of national monitored transmission line could be accomplished. The protective relaying configurations which based on GPS-PMU have been proved its reliability. This thesis applied TPC''s super high voltage transmission system as discussion object, then evaluate the performances of common distance relay and PMU. By way of the fault tree method and its simulation software, a research on the protective system’s performance of the TPC''s transmission line system was proceeding, in order to draft a suitable transmission framework applied to GPS-PMU protective relay system.

目錄
摘要 ……………………………………………………………………I
ABSTRACT ……………………………………………………………II
誌謝………………………………………………………………… III
目錄 …………………………………………………………………IV
圖目錄 ………………………………………………………………VII
表目錄…………………………………………………………………XI

第一章 緒論
1.1 前言 ………………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的 …………………………………………………2
1.3論文內容概述 ……………………………………………………4
1.4 研究步驟與方法 …………………………………………………6
第二章 測距電驛保護系統
2.1 前言 ………………………………………………………………7
2.2 台電輸電系統介紹 ………………………………………………7
2.3 輸電系統線路保護 ………………………………………………16
2.4 測距電驛的動作原理 ……………………………………………25
2.5 測距電驛的型式 …………………………………………………27
2.6 測距電驛之設定…………………………………………………28
2.7 測距電驛之保護協調……………………………………………31
第三章 同步向量量測設備之介紹
3.1 前言 ………………………………………………………………34
3.2 全球定位系統……………………………………………………35
3.3 同步向向量測……………………………………………………43
3.4台電公司架設同步向向量測之現況………………………………49
第四章 故障樹可靠度分析
4.1 前言………………………………………………………………53
4.2 可靠度……………………………………………………………53
4.3 故障樹分析方法 …………………………………………………54
4.4 切割集之求法與計算……………………………………………61
4.5 重要性之量測……………………………………………………62
第五章 故障樹分析軟體
5.1 前言 ………………………………………………………………66
5.2 Fault Tree模擬分析軟體介紹…………………………………66
5.3 MIL－217電子可靠度預估軟體介紹……………………………73
第六章 以同步向量量測設備作為輸電線測距保護之評估
6.1 前言 ………………………………………………………………77
6.2 同步向向量測設備及輸電線路相關設備之失能率 ……………77
6.3 傳統測距電驛保護架構下之可靠度分析………………………85
6.4 同步向量量測代替測距電驛保護架構之可靠度分析 …………92
6.5不同測距電驛保護架構之重要性分析……………………………96
6.6 結果與討論 ……………………………………………………101
第七章 結論與未來展望
7.1結論 ………………………………………………………………106
7.2未來展望 …………………………………………………………107
參考文獻………………………………………………………………108

圖目錄
圖2.1 台電345KV超高壓電力系統圖…………………………………8
圖2.2 台電系統結構圖………………………………………………13
圖2.3 台電系統區域電力供需平衡圖………………………………15
圖2.4 直接欠達轉移跳脫邏輯………………………………………19
圖2.5 允許欠達轉移跳脫邏輯………………………………………19
圖2.6 允許過達轉移跳脫邏輯………………………………………20
圖2.7 方向比較閉鎖邏輯……………………………………………20
圖2.8 345kV輸電線路保護單線圖…………………………………23
圖2.9 161kV輸電線路保護單線圖…………………………………24
圖2.10 完整的幹線保護系統圖………………………………………25
圖2.11 內部故障表示圖………………………………………………25
圖2.12 測距電驛型式…………………………………………………28
圖2.13 測距電驛的設定及協調………………………………………29
圖 3.1 24顆衛星構成之GPS系統……………………………………37
圖3.2 衛星構成之GPS系統…………………………………………39
圖3.3 時間同步架構…………………………………………………42
圖3.4 同步相量量測單元(PMU)架構圖……………………………43
圖3.5 PMU系統架構圖………………………………………………45
圖3.6 台電電網即時狀態監測系統架構……………………………45
圖3.7 遠端步向量量測設備實體架構………………………………46
圖3.8 台電超高壓系統圖……………………………………………52
圖4.1 串聯系統OR閘之圖式…………………………………………59
圖4.2 並聯系統AND 閘之圖式………………………………………60
圖4.3 圖式範例………………………………………………………62
圖 5.1 Fault Tree之功能選項……………………………………66
圖 5.2 新增計畫………………………………………………………67
圖5.3 在新計畫開啟後顯示的單一TOP Gate………………………67
圖5.4 加入最初幾個閘與事件後之顯示畫面………………………68
圖5.5 加入最初幾個閘與事件後之顯示畫面………………………69
圖 5.6 編輯邏輯閘…………………………………………………69
圖5.7 Edit Gate視窗………………………………………………70
圖 5.8 Edit Event視窗……………………………………………70
圖5.9 Edit後填入失能率……………………………………………71
圖5.10執行分析鍵……………………………………………………71
圖5.11分析結果………………………………………………………72
圖5.12顯示各次要事件之失能率……………………………………72
圖 5.13 實際MIL－217之主要視窗…………………………………73
圖5.14 Prediction視窗………………………………………………74
圖5.15 Create New Block視窗………………………………………74
圖5.16 選擇零件可靠度標準鈕………………………………………75
圖5.17 MIL－217方塊參數對話框……………………………………75
圖5.18 最後計算出元件之失能率……………………………………76
圖5.19 可靠度預測分析圖……………………………………………76
圖6.1 輸電線路之保護架構…………………………………………85
圖6.2 單一測距電驛架構圖…………………………………………87
圖6.3 單一測距電驛＋備用電驛架構圖……………………………88
圖6.4 主測距電驛＋後衛保護電驛架構圖…………………………89
圖6.5 主測距電驛＋主測距備用電驛＋後衛保護電驛架構………90
圖 6.6 主測距電驛＋主測距備用電驛＋後衛保護電驛＋後衛保護備用電驛架構圖………………………………………………………91
圖6.7 PMU保護輸電線路架構………………………………………92
圖6.8 主PMU測距電驛＋後衛PMU電驛架構圖……………………93
圖6.9 主PMU測距電驛＋主PMU測距備用電驛＋後衛PMU電驛架構圖…………………………………………………………………94
圖6.10 主PMU測距電驛＋主PMU測距備用電驛＋後衛保護PMU電驛＋後衛備用保護PMU電驛架構圖…………………………95
圖6.11 單一測距電驛重要性分析圖………………………………96
圖6.12 單一測距電驛＋備用電驛架構重要性分析圖……………97
圖6.13 主測距電驛＋後衛保護電驛架構重要性分析圖…………97
圖6.14 主測距電驛＋主測距備用電驛＋後衛保護電驛架構重要性分析圖……………………………………………………………98
圖6.15 主測距電驛＋主測距備用電驛＋後衛保護電驛＋後衛保護備用電驛重要性分析圖………………………………………………98
圖6.16 主PMU測距電驛＋後衛PMU電驛架構重要性分析圖………99
圖6.17 主PMU測距電驛＋主PMU測距備用電驛＋後衛PMU電驛架
構重要性分析圖………………………………………………99
圖6.18 主PMU測距電驛＋主PMU測距備用電驛＋後衛保護PMU電
驛＋後衛備用保護PMU電驛架構重要性分析圖……………100
圖6.19 以PMU為測距保護之建議架構……………………………103

表目錄
表2.1 台電民國九十年度至九十五年度各地區淨尖峰出力及佔…14
表2.2 台電系統區域電力供需平衡表………………………………14
表2.3 台電九十一年至九十五年區域電力潮流融通狀況…………15
表3.1 GPS衛星運行現況……………………………………………37
表3.2 各種同步時間信號源的比較…………………………………42
表4.1 事件符號………………………………………………………56
表4.2 邏輯符號表……………………………………………………57
表6.1 元件故障率數據表……………………………………………78
表6.2 ADX-3140C-1用料表…………………………………………80
表6.3 ADX-3140C-1之可靠度預估值………………………………83
表6.4 保護系統元件之失能率………………………………………84
表6.5 各種不同電驛保護架構之失能率…………………………102
表6.6 各種不同電驛保護架構之重要性…………………………104

參考文獻
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