考慮隱性故障的繼電保護系統(tǒng)可靠性分析及評估

張玉濤

【摘 要】 隱性故障是造成電網(wǎng)故障的重要原因之一，其研究內(nèi)容會涉及到保護系統(tǒng)、電網(wǎng)運行狀態(tài)等諸多方面，為了更好的對繼電保護系統(tǒng)可靠性進行評估，應該在考慮隱性故障與運行狀態(tài)變化的情況下，搭建單一暴雨系統(tǒng)可靠性模型，計算隨潮流變化時隱性故障修復對系統(tǒng)正常運行造成的影響，進而科學的評估系統(tǒng)可靠性。基于此，文章從不同角度對系統(tǒng)可靠性分析與評估進行了研究，供參考。

【關鍵詞】 隱性故障 繼電保護系統(tǒng) 可靠性分析 評估

當前我國的經(jīng)濟實力已經(jīng)不容小覷，電力系統(tǒng)規(guī)?？涨皬姶螅娋W(wǎng)復雜程度日益提高，在帶來明顯經(jīng)濟效益的同時也為電網(wǎng)安全性提出了挑戰(zhàn)。當前繼電保護系統(tǒng)在技術上獲得了很大的成功，繼電保護裝置已經(jīng)發(fā)展到了相對成熟的階段，但是操作失誤、元件老化以及環(huán)境影響等因素都促使保護裝置不可避免的出現(xiàn)各種類型的隱性故障。隱性故障將會極大的破壞電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，本文從不同角度分析繼電保護系統(tǒng)隱性故障的相關問題，以期為以后的研究工作指明方向。

1 繼電保護隱性故障概述

繼電保護系統(tǒng)隱性故障是指正常運行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)是不會受到影響的，但是一旦系統(tǒng)運行狀態(tài)發(fā)生了變化，就會觸發(fā)故障，進而造成一系列聯(lián)鎖故障。造成繼電保護隱性故障的原因主要可以分成兩類：（1）繼電保護定值不合理，保護定值與保護定值整定計算錯誤，不能與系統(tǒng)運行狀態(tài)變化相適應；（2）繼電保護硬件出現(xiàn)缺陷，例如測量元件故障、通信系統(tǒng)故障以及保護裝置元件老化等?，F(xiàn)階段，可靠性分析方法主要有概率法、馬爾可夫模型法以及故障樹法等，當前這方面的研究主要集中在保護可靠性評估治療以及相關計算模型上，現(xiàn)有繼電保護可靠性理論成果多數(shù)情況下都涉及到了隱性故障的內(nèi)容，系統(tǒng)運行狀態(tài)變化直接影響著繼電保護系統(tǒng)的可靠性，所以如何對保護系統(tǒng)可靠性進行正確評估，成為現(xiàn)階段繼電保護可靠性研究工作中面臨的重大問題。

2 隱性故障的誘因與表現(xiàn)形式

2.1 隱性故障的誘因

繼電保護系統(tǒng)隱性故障出現(xiàn)的原因可以從兩方面分析：（1）軟件設置與定值整定錯誤。其中可能會涉及到保護原理、動作邏輯不適應系統(tǒng)異常情況等，保護定值整定計算錯誤或者保護定值過時都可能會引發(fā)隱性故障，這就需要電力技術人員對電網(wǎng)展開系統(tǒng)整定，而整定與校準過程中可能會出現(xiàn)處理不當?shù)膯栴}，電力系統(tǒng)整體運行方式也可能存在不正確的問題。（2）設備故障引發(fā)隱性故障。在繼電保護系統(tǒng)中，由設備故障可能會引發(fā)隱性故障，該故障屬于硬件故障，例如測量元件故障、通信系統(tǒng)故障、測量回路故障以及接線錯誤等。

保護裝置誤動作可以從以下兩方面分析：（1）保護原理上區(qū)別對待壓板的投入，ABB REG216保護中突加壓保護，只有頻率和電流判據(jù)，在系統(tǒng)故障時保護壓板投入有可能動作出口，相關的保護還有起停機，斷路器閃絡保護，應在機組投運后退出，繼續(xù)停運前投入相關壓板。（2）板卡故障中，光耦模塊輸出，低壓側發(fā)生軟擊穿，使元器件性能劣化，指標參數(shù)降低，造成電路時好時壞（光耦繼電器故障）。隱性故障為繼電保護系統(tǒng)永久性缺陷的一種，其最危險的地方就是以上缺陷并不會引發(fā)繼電保護立即誤動或拒動，只有電力系統(tǒng)處在壓力狀態(tài)中時，拒動或誤動才會顯現(xiàn)出來，例如發(fā)生故障時或者發(fā)生故障以后的瞬間、過負荷、系統(tǒng)振蕩及低電壓等事件動作之后。

2.2 隱性故障的表現(xiàn)形式

隱性故障主要有兩種表現(xiàn)形式：“操作失敗”和“意外跳閘”，其中，“操作失敗”是指發(fā)生電力系統(tǒng)故障時，保護裝置不能正確清除故障，而“意外跳閘”則是指在未發(fā)生故障時裝置誤跳閘。在現(xiàn)有的保護方案中中，保護拒動表現(xiàn)為“操作失敗”，系統(tǒng)中至少有1條母線會分離，而保護誤動表現(xiàn)為“意外跳閘”，系統(tǒng)在沒有故障發(fā)生時裝置出現(xiàn)自發(fā)性的跳閘，或者在保護區(qū)以外出現(xiàn)故障誤跳閘問題。其中，自發(fā)性跳閘可以自動重合閘，不會對系統(tǒng)運行造成嚴重影響，但是保護區(qū)外誤跳閘將會對系統(tǒng)造成嚴重后果。

故障開始保護裝置面臨著“操作失敗”的局面，這時故障線路可以通過后備保護切除故障，因此“操作失敗”并不屬于隱性故障的范疇，單一的“操作失敗”可以利用后備保護彌補，而連續(xù)反復的“操作失敗”將會擴大故障范圍，甚至會使整個系統(tǒng)面臨著崩潰的后果，所以連續(xù)多次的“操作失敗”被納入到隱性故障范疇?！耙馔馓l”因為系統(tǒng)中存在雜散信號，這樣就會立刻顯現(xiàn)出隱性故障，對于自發(fā)性跳閘來說，在系統(tǒng)并未發(fā)生故障時，不需要承受電力系統(tǒng)壓力，因此不屬于隱性故障的范疇，但是對于保護區(qū)外故障誤跳閘，可能會造成大型的停電事故，這不僅和隱性故障直接相關，同時也和系統(tǒng)故障、運行條件緊密相關，因此屬于隱性故障的范疇。

3 超高壓線路繼電保護系統(tǒng)可靠性評估

3.1 導致繼電保護隱性故障的因素

相關資料表明，線路有功潮流大規(guī)模轉移不恰當動作是總稱故障的主要因素，因此本文主要對隱性故障進行分析。通過對繼電保護隱性故障因素的分析，我們可以將其分為老化隱性故障、惡劣環(huán)境或災害性環(huán)境隱性故障和可修復運行故障等幾種類型：（1）老化隱性故障屬于不可修復故障，它和歷史相關的條件有關；（2）惡劣環(huán)境或災害性環(huán)境隱性故障，電網(wǎng)元件長期處于室外環(huán)境中，在災害環(huán)境下故障發(fā)生的幾率明顯增加，因此不能利用傳統(tǒng)元件故障率統(tǒng)計方法得到故障率數(shù)據(jù)，災害環(huán)境下故障率會急劇增加，這方面的計算模型很多，例如回歸分析模型、天氣狀態(tài)等效模型及貝葉斯模型等，都是按照歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立的，但是這些模型只能用于計算長期天氣變化對電網(wǎng)的影響，并不能用于計算短期災害環(huán)境造成的故障率變化情況；（3）可修復運行故障是指因為繼電保護定值不合理等因素造成的。

3.2 繼電保護系統(tǒng)可靠性評估

當前我國超高壓電路220kV線路都配置了薄被保護與雙套主保護，其中線路主保護利用縱聯(lián)保護，而后備保護則以零序保護、距離保護為主。主保護利用雙重化設計，幾乎是完全獨立的，從原理及裝置上來看，主保護與后備保護都是獨立的，動作時限也完全不同，因此可以將二者看成是相互獨立的，在系統(tǒng)可靠性評估時可以將二者分開考慮。

分別利用單一保護系統(tǒng)狀態(tài)空間模型對兩套主保護、后備保護進行評估，然后利用概率方式進行綜合計算，這樣才能實現(xiàn)對超高壓線路繼電保護系統(tǒng)可靠性的評估。當然，搭建超高壓線路繼電保護系統(tǒng)空間狀態(tài)模型也需要評估系統(tǒng)可靠性，但是這種計算模型和過程都非常復雜，對數(shù)據(jù)可靠性提出了較高要求，在當前的條件下很多數(shù)據(jù)無法獲得，所以必須通過超高壓線路主保護及后備保護之間的關系探索到可行性的辦法，使計算過程得到簡化。經(jīng)過算例驗證分析，這兩種方式獲得的結果是非常相近的。

4 結語

綜上所述，本文主要分析了考慮隱性故障的繼電保護系統(tǒng)靠靠性評估的相關問題，引起繼電保護系統(tǒng)運行故障的原因主要有兩個，其一軟件設置與定值整定錯誤，其二設備故障引起的隱性故障，隱性故障的表現(xiàn)形式主要有“操作失敗”與“意外跳閘”兩種，二則可能在故障期間同時發(fā)生，但是清除故障以后，“意外跳閘”是事故主要原因。通過本文的分析可以得到如下結論：基于隱性故障與系統(tǒng)運行不同狀態(tài)，構建單一保護系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，線路潮流越限時根據(jù)隱性故障模型可以求得隱性故障特性變化規(guī)律，這對系統(tǒng)可靠性評估具有非常重要的價值和意義，通過狀態(tài)空間模型分析，可以進一步完善繼電保護裝置，對于隱性故障自檢來說非常必要，單一保護系統(tǒng)狀態(tài)空間模型充分考慮了隱性故障條件之下的系統(tǒng)可靠性評估。

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