電力系統(tǒng)繼電保護(hù)隱性故障的危害和監(jiān)控

摘要：本文闡述了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)隱性故障的概念和危害，并通過(guò)對(duì)其特點(diǎn)的分析，提出了有效的監(jiān)控方法，從而減少隱性故障及其所導(dǎo)致的大面積故障的發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 繼電保護(hù) 隱性故障

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0097-01

隨著我國(guó)電力事業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的要求也越來(lái)越高，然而繼電保護(hù)中存在著不可避免的隱性故障，對(duì)電力系統(tǒng)造成很大影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生重大事故。

1 隱性故障的概念

所謂電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的隱性故障，是指在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)沒有影響且無(wú)法發(fā)現(xiàn)，而當(dāng)電力系統(tǒng)異?；虬l(fā)生故障時(shí)，才會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生危害的故障。這種故障往往現(xiàn)象不明顯，卻具有很大的危害。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，電壓互感器、電流互感器、接線片、連接器、各種繼電器、通信通道等元件，都有可能存在隱性故障。它的存在并不是意味著繼電器本身的設(shè)計(jì)有問題、所選用的繼電器不適當(dāng)或者校準(zhǔn)有錯(cuò)誤。隱性故障不會(huì)使繼電器立刻動(dòng)作，而是當(dāng)系統(tǒng)由于某些干擾而引起繼電器或控制元件誤動(dòng)作時(shí)，才可以被監(jiān)測(cè)到。例如在故障發(fā)生時(shí)或者故障發(fā)生后瞬間、低電壓、過(guò)負(fù)荷以及其他開關(guān)事件發(fā)生后等情況時(shí)，電力系統(tǒng)處于壓力狀態(tài)，隱形故障將顯現(xiàn)出對(duì)系統(tǒng)的影響，這是隱性故障的最大特征，也是它最危險(xiǎn)的方面。

2 隱性故障的危害

隱性故障的觸發(fā)，往往發(fā)生在電力系統(tǒng)發(fā)生故障而繼電器正確切除故障之后，因?yàn)榇藭r(shí)電力系統(tǒng)潮流會(huì)重新分配，從而使帶有隱性故障的繼電器誤操作或拒動(dòng)，而別的保護(hù)系統(tǒng)也可能存在隱性故障，系統(tǒng)就會(huì)更加不穩(wěn)定，造成大面積故障的發(fā)生，這種大面積故障會(huì)導(dǎo)致惡劣的后果。

隱性故障引起電力系統(tǒng)大面積故障都要經(jīng)歷一定的發(fā)展過(guò)程。在初始階段，電力系統(tǒng)因?yàn)橐恍o(wú)法預(yù)知的事件而處于非正常狀態(tài)下，此時(shí)系統(tǒng)中許多設(shè)備可能都處于運(yùn)行極限，由于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不完備，或者值班人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況估計(jì)不準(zhǔn)確等原因，可能對(duì)于目前的非正常狀態(tài)毫無(wú)察覺。在這種情況下，一旦某處發(fā)生故障，就有可能引起連鎖反應(yīng)，最終電力網(wǎng)有可能被分割成獨(dú)立的過(guò)負(fù)荷區(qū)和過(guò)發(fā)電區(qū)，過(guò)負(fù)荷區(qū)最后崩潰導(dǎo)致大面積的停電，而過(guò)發(fā)電區(qū)則有可能導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備損壞。

從上述隱性故障的危害可見，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的隱性故障進(jìn)行分析和研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)它的監(jiān)測(cè)和控制具有十分重要的意義。

3 隱性故障的評(píng)價(jià)分析

對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)而言，不同的隱性故障所引起的危害程度有可能是不同的。隱性故障對(duì)于系統(tǒng)的危害程度通常用兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量，即易損區(qū)域和易損指數(shù)。根據(jù)易損區(qū)域所在位置和影響的嚴(yán)重程度，來(lái)決定對(duì)哪些隱性故障采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和控制。

3.1 易損區(qū)域及其確定

3.1.1 易損區(qū)域的概念

每一種隱性故障都有其相應(yīng)的易損區(qū)域。如果故障發(fā)生的地點(diǎn)距離存在隱性故障的繼電器很近的區(qū)域，該區(qū)域中含有隱性故障的繼電器則會(huì)受到故障的影響，這個(gè)區(qū)域就是易損區(qū)域。如果電力系統(tǒng)在易損區(qū)域出現(xiàn)異常，該區(qū)域的隱性故障將引起繼電器誤動(dòng)，進(jìn)而引起新的異常，這樣下去，會(huì)引發(fā)一系列的隱性故障。

3.1.2 易損區(qū)域的確定

確定易損區(qū)域是非常重要的，因?yàn)樗墙鉀Q電力系統(tǒng)整個(gè)故障的關(guān)鍵，更是消除隱性故障的根本。由于繼電器存在隱性故障，在繼電器或繼電器組所保護(hù)的某區(qū)域內(nèi)，只要電力系統(tǒng)發(fā)生故障，該繼電器或繼電器組就會(huì)產(chǎn)生誤操作，則可確定該區(qū)域?yàn)橐讚p區(qū)域。檢測(cè)易損區(qū)域中繼電保護(hù)方案的輸入信號(hào)有兩類：即距離阻抗和電流幅值。例如電流繼電器易損區(qū)域的確定，可以在對(duì)其輸入故障電流的情況下，找出繼電器不動(dòng)作的區(qū)域，這些不動(dòng)作區(qū)域之外的部分即為電流繼電器的易損區(qū)域。

3.2 易損指數(shù)

3.2.1 易損指數(shù)的概念

衡量隱性故障對(duì)電力系統(tǒng)的危害程度的另一個(gè)指標(biāo)是易損指數(shù)。根據(jù)每個(gè)區(qū)域的相對(duì)重要性，給它們分配優(yōu)先權(quán)或者受損等級(jí)，通常用易損指數(shù)來(lái)表示。易損指數(shù)反映的是電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的穩(wěn)定性，易損指數(shù)高，則表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性差；反之，易損指數(shù)低，則表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。

3.2.2 易損指數(shù)的確定

在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如果能夠?qū)@些故障進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，就可以確定它們所在區(qū)域的易損指數(shù)。但是，電力系統(tǒng)的故障是很復(fù)雜的，而模擬小概率事件又相當(dāng)困難，它涉及到非常大量的計(jì)算工作，因此，很難對(duì)大型電力系統(tǒng)中的故障進(jìn)行系統(tǒng)的分析。為了克服這一困難，可采用重要性采樣技術(shù)，對(duì)故障概率進(jìn)行變換，模擬小概率事件頻繁地發(fā)生，以便對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。通過(guò)這樣的方法，列出隱性故障影響的嚴(yán)重性，按順序劃分隱性故障的級(jí)別，就可以得出易損指數(shù)。對(duì)易損指數(shù)的衡量，通常可用負(fù)載﹑暫態(tài)穩(wěn)定性或者電壓崩潰等指標(biāo)來(lái)描述。

通過(guò)以上易損區(qū)域和易損指數(shù)的確定，可以找出易損指數(shù)高的區(qū)域，通過(guò)檢查其隱性故障狀態(tài)，推導(dǎo)出隱性故障導(dǎo)致大規(guī)模嚴(yán)重故障的可能性，從而確定對(duì)它實(shí)施監(jiān)控。

4 隱性故障的監(jiān)控

隱性故障監(jiān)控系統(tǒng)，可以應(yīng)用于變電站，控制易損指數(shù)高的繼電器。隱性故障監(jiān)控系統(tǒng)接收到的信號(hào)輸入與具有易損指數(shù)高的繼電器所接受的信號(hào)相同，即復(fù)制該繼電器的算法和功能。隱性故障監(jiān)控系統(tǒng)的輸出信號(hào)和傳統(tǒng)的繼電器的輸出以某種適當(dāng)?shù)倪壿嫹绞疥P(guān)聯(lián)起來(lái)，用來(lái)監(jiān)督傳統(tǒng)繼電器的輸出。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)的決策和傳統(tǒng)繼電器的決策不同時(shí)，不允許跳閘。例如分析過(guò)電流繼電器，考慮其隱性故障的可能性就是考慮它的方向性。其原理是監(jiān)控系統(tǒng)接收來(lái)自傳統(tǒng)繼電器的運(yùn)行和極化信號(hào)，進(jìn)行方向計(jì)算，其輸出與傳統(tǒng)繼電器的輸出串聯(lián)，只有兩者方向相同時(shí)，保護(hù)才可以動(dòng)作。通常繼電保護(hù)的隱性故障，均與故障檢測(cè)、方向判斷、距離測(cè)量、計(jì)時(shí)功能等繼電器性能相關(guān)，以及與電流互感器和電壓互感器的輸入相關(guān)，但是沒有必要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所有的繼電器，可以事先鑒別出對(duì)系統(tǒng)可靠性有最嚴(yán)重危害的線路和母線，在其上增加適當(dāng)?shù)臄?shù)字式設(shè)備，提供必要的監(jiān)測(cè)和控制。

目前我國(guó)所使用的比較先進(jìn)的保護(hù)設(shè)備，主保護(hù)裝置均具有自診斷功能，對(duì)于裝置的一些異常情況都能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。更關(guān)鍵的問題是必須加強(qiáng)設(shè)備管理，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，做到設(shè)備維護(hù)、檢修到位，維修人員工作到位，詳細(xì)記錄設(shè)備的所有細(xì)微變化，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的變化情況進(jìn)行比對(duì)分析，及時(shí)找出存在的隱性故障，有針對(duì)性的進(jìn)行處理，盡量降低隱性故障帶來(lái)的危害。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，在許多繼電保護(hù)系統(tǒng)中，可通過(guò)自我檢測(cè)和自我監(jiān)控的能力，加上具有改變整定值、或是修正控制邏輯、或是修正跳閘邏輯的自適應(yīng)特性，對(duì)隱性故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，避免電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的大規(guī)模故障或事故。

綜上所述，克服電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的隱性故障的關(guān)鍵，是確定易損區(qū)域及易損指數(shù)，應(yīng)用先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)有針對(duì)地進(jìn)行監(jiān)控防治，從而保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。