水電廠繼電保護(hù)隱藏故障診斷方法探析

國家電投五凌電力有限公司碗米坡水電廠 虎金富

水電廠在運(yùn)行過程中應(yīng)用繼電保護(hù)系統(tǒng)可有效提升水電廠整體運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，因此相關(guān)工作人員需合理設(shè)計(jì)并運(yùn)用機(jī)電保護(hù)系統(tǒng)。在水電廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，水電廠工作系統(tǒng)在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，其隱藏故障不會(huì)對(duì)整體機(jī)組的正常運(yùn)行情況造成太大的影響。某電廠總裝機(jī)容量3×80MW，發(fā)變組為單元接線，由2回220kV出線接入系統(tǒng)，220kV母線為單母線不分段接線。上述系統(tǒng)出現(xiàn)一定故障的情況下，如負(fù)荷波動(dòng)、電網(wǎng)故障等，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)隱藏故障，進(jìn)而導(dǎo)致水電廠保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作的情況，還有可能產(chǎn)生一定的連鎖反應(yīng)，影響水電廠的整體運(yùn)行情況。

1 水電廠繼電保護(hù)隱藏故障的概述

1.1 水電廠繼電保護(hù)隱藏故障概念

繼電保護(hù)隱藏故障（HF）主要是指在水電廠設(shè)備運(yùn)行中存在的永久性缺陷，其具有一定的隱形特點(diǎn)，因此也被稱之為隱性故障，但也只是相對(duì)于“顯性”而言。由于受到這種隱形缺陷的影響，在一定程度上導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)自身沒有辦法正確地對(duì)電路元件進(jìn)行切除工作，進(jìn)而出現(xiàn)電路元件切除錯(cuò)誤的情況。由于其隱性特點(diǎn)，在正常進(jìn)行工作過程中無法及時(shí)檢查出來，因此也導(dǎo)致其運(yùn)行系統(tǒng)中的隱藏故障不易被發(fā)現(xiàn)。但當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)生某些條件時(shí)就會(huì)觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障，進(jìn)而造成一系列的連鎖反應(yīng)，這也對(duì)水電廠的運(yùn)行生產(chǎn)產(chǎn)生了較大影響。相關(guān)方面技術(shù)專家及研究人員經(jīng)多年探究，發(fā)現(xiàn)電力廠運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰最主要的原因就是繼電保護(hù)隱藏故障。

繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要組成有軟件、硬件兩個(gè)部分，但這兩個(gè)部分在運(yùn)行的過程中都有可能出現(xiàn)隱藏故障，如說PT、CT、繼電器、通信通道及軟件設(shè)置錯(cuò)誤等故障。且受到保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障的影響，會(huì)直接對(duì)繼電器造成影響、即繼電器誤動(dòng)作，但這種故障不一定是來自于繼電器本身的設(shè)計(jì)問題，因?yàn)橐话愕睦^電器在設(shè)計(jì)不會(huì)存在故障，但也不能說明在應(yīng)用繼電器的過程中存在應(yīng)用問題或是校準(zhǔn)存在問題，這種隱藏故障一般與繼電器的工藝特性以及運(yùn)行環(huán)境存在一定的關(guān)聯(lián)性，且關(guān)系較為密切。

隱藏故障與顯性故障間存在一定差異性，最大的區(qū)別是隱藏故障不會(huì)直接造成水電廠運(yùn)行系統(tǒng)立刻動(dòng)作，一般只有當(dāng)其他設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)才會(huì)被觸發(fā)。保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障存在較多的特點(diǎn)，但其中最為突出的特點(diǎn)為只有當(dāng)系統(tǒng)處于壓力狀態(tài)下才會(huì)被顯示出來，壓力狀態(tài)主要是指過負(fù)荷、低電壓等情況。

1.2 水電廠繼電保護(hù)隱藏故障特征

水電廠繼電保護(hù)隱藏故障具有隱藏性：這一特點(diǎn)是故障中最為顯著的特點(diǎn)，這個(gè)特征主要變現(xiàn)為在水電廠電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀況下并不會(huì)展現(xiàn)出任何錯(cuò)誤動(dòng)作，而且也對(duì)電力系統(tǒng)不會(huì)造成太大的影響，也不會(huì)電力系統(tǒng)造成任何傷害和損傷。

水電廠繼電保護(hù)隱藏故障具有連鎖性：這個(gè)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為當(dāng)水電廠的某一個(gè)部件出現(xiàn)故障的時(shí)候，繼電保護(hù)機(jī)制就會(huì)開始運(yùn)行，進(jìn)而引發(fā)繼電保護(hù)隱藏故障，簡單的來說就是繼電保護(hù)機(jī)制在運(yùn)行中出現(xiàn)錯(cuò)誤，將處于正常運(yùn)行狀態(tài)下的電路元件進(jìn)行切斷，而正常運(yùn)行的電路元件停止工作會(huì)導(dǎo)致其他電路元件運(yùn)行出現(xiàn)故障而停止運(yùn)行工作。也就是這樣的繼電保護(hù)機(jī)制不僅沒有起到保護(hù)作用，還將故障擴(kuò)大使其更加嚴(yán)重，造成一系列的連鎖性故障。

水電廠繼電保護(hù)隱藏故障具有全面性：繼電保護(hù)隱藏故障不是僅出現(xiàn)在系統(tǒng)的軟件之中，在硬件設(shè)備裝置中也會(huì)出現(xiàn)一定的隱藏故障。

2 水電廠繼電保護(hù)隱藏故障的原因

根據(jù)上文所總結(jié)歸納的水電廠繼電保護(hù)隱藏故障的主要特征，可以從中推斷造成水電廠繼電保護(hù)隱藏故障主要有兩個(gè)原因，具體如下：

2.1 繼電保護(hù)機(jī)制的定值整定錯(cuò)誤

這類隱藏故障發(fā)生的主要原因在于，相關(guān)工作人員在整定以及校準(zhǔn)繼電保護(hù)機(jī)制的過程中存在一定的錯(cuò)誤，還有一種可能原因就是在完成定值整定之后，已經(jīng)確認(rèn)后的整定值沒有達(dá)到水電廠全部機(jī)組正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，因此在水電廠全部機(jī)組正常生產(chǎn)運(yùn)行的過程中觸發(fā)繼電保護(hù)隱藏故障。除這個(gè)原因外，還有一種較大的可能就是，當(dāng)完成定制整定工作之后，水電廠對(duì)機(jī)組的容量進(jìn)行調(diào)整或是進(jìn)行重新連接，但卻沒有及時(shí)對(duì)定值進(jìn)行整定，進(jìn)而影響其工作情況，并引發(fā)了水電廠繼電保護(hù)隱藏故障。

2.2 硬件設(shè)備故障引發(fā)的水電廠繼電保護(hù)隱藏故障

在水電廠電力系統(tǒng)正常運(yùn)行生產(chǎn)的過程中，所有的設(shè)備設(shè)施及電路元件在運(yùn)行的過程中，都會(huì)出現(xiàn)一定的磨損、損壞的情況，還有可能出現(xiàn)設(shè)備、電路元件失靈的情況等，而這種情況的出現(xiàn)有可能是由于外部環(huán)境因素或是人為因素造成的相應(yīng)損壞問題。這種損壞、磨損或者是失靈情況，一般都是比較明顯的，而且工作人員在進(jìn)行工作的過程中肉眼就可以判斷出，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的整修措施以及解決措施。但是這種故障的出現(xiàn)具有一定的偶然性以及滯后性，也就是說當(dāng)出現(xiàn)這一類故障的時(shí)候，只能在出現(xiàn)故障之后采取一定得到補(bǔ)救措施，沒有辦法制定預(yù)防措施，也沒有辦法從根本上解決這一故障。

3 水電廠繼電保護(hù)隱藏故障診斷方法

水電廠繼電保護(hù)隱藏故障的觸發(fā)原因，主要還是因?yàn)闄C(jī)器設(shè)備設(shè)施或者是電路元件出現(xiàn)損壞或損傷，而這種情況具有一定的滯后性以及偶然性，因此相關(guān)工作人員只能是在發(fā)生故障之后對(duì)其進(jìn)行排查監(jiān)測，然后采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，但是這種情況沒有辦法從根本上解決問題，也無法杜絕此類事件的發(fā)生。因此相關(guān)科研人員以及研究人員在探究水電廠繼電保護(hù)隱藏故障的過程中，需要以軟件方面為主要出發(fā)點(diǎn)。對(duì)于這類在程序上出現(xiàn)的錯(cuò)誤，相關(guān)技術(shù)人員必須從繼電保護(hù)的工作原理為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)故障進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)和分析，并根據(jù)實(shí)際情況制定具有針對(duì)性的解決措施[1]。

3.1 基于保護(hù)測量值相關(guān)性的靜態(tài)隱藏故障診斷方法

基于保護(hù)測量值相關(guān)性的靜態(tài)隱藏故障診斷方法主要的工作原理為，根據(jù)保護(hù)裝置的輸入值或者是保護(hù)裝置回路的組成部件具有較強(qiáng)得到相關(guān)性，進(jìn)而總結(jié)歸納出的故障診斷方法。在水電廠電力系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)營的過程中，各類保護(hù)裝置之間輸入的不同的采樣值之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，受到這種關(guān)聯(lián)性的影響，在測量回路之中存在的隱藏故障可以及時(shí)被排查出來，并得進(jìn)行相應(yīng)的解決。對(duì)于變壓器的電氣量保護(hù)來說，在運(yùn)行的過程中一般會(huì)配置基于電流信息的主要保護(hù)，而且各種保護(hù)裝置輸入的電流信息之間具有一定的關(guān)聯(lián)性。因此對(duì)診斷系統(tǒng)也提出了相應(yīng)的要求，要求其可以實(shí)時(shí)獲取各保護(hù)裝置獲取的采樣數(shù)據(jù)，而且要求采樣數(shù)據(jù)在時(shí)間基礎(chǔ)上具有一定的同步性，這樣可以保證保護(hù)定值的精準(zhǔn)性以及可靠性。

3.2 以統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的隱藏故障診斷方法

工作人員在對(duì)水電廠機(jī)組的保護(hù)故障進(jìn)行診斷的過程中，會(huì)設(shè)定一組用于對(duì)比的數(shù)據(jù)，而這組對(duì)比數(shù)據(jù)通常來自于多個(gè)裝置，但是這個(gè)測量結(jié)果是相同電氣量數(shù)值下的結(jié)果，如果不考慮測量過程中出現(xiàn)的微小誤差，也就可以說明，在數(shù)值相同的電氣量情況下測量所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果應(yīng)該是完全相同的。但是從目前的情況來看，工作人員在實(shí)際進(jìn)行測量操作的過程中，測量的數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)受到各種環(huán)境因素的影響，這也就導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)測量誤差的情況，因此測量所得到的全部數(shù)據(jù)結(jié)果之間存在一定的差異性，并不完全相同，但是從理論角度為出發(fā)點(diǎn)來看待這一情況，可以看出各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)之間存在的誤差并不是很大。因此，在某一項(xiàng)可能存在繼電保護(hù)隱藏故障的系統(tǒng)之中，其實(shí)際測量得到數(shù)據(jù)結(jié)果與整體數(shù)據(jù)之間一般都存在一定的差異。

但需要注意的是，水電廠工作人員在診斷與檢查水電廠繼電保護(hù)隱藏故障的過程中，雖然存在部分故障的保護(hù)系統(tǒng)，但是系統(tǒng)依然可以正常進(jìn)行繼電保護(hù)動(dòng)作，而且其實(shí)際的工作情況與不存在隱藏故障的系統(tǒng)之間沒有明顯的差異，基本相同?；诖隧?xiàng)討論基礎(chǔ)，工作人員在進(jìn)行診斷與檢查的過程中可以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行深入分析，根據(jù)分析判定故障保護(hù)裝置實(shí)際的運(yùn)行情況。相關(guān)工作人員在實(shí)際進(jìn)行工作的過程中可以使用基于統(tǒng)計(jì)的異常數(shù)據(jù)檢測方法，對(duì)可能存在故障的保護(hù)裝置進(jìn)行確認(rèn)，這其中比較常見的檢測方法有格拉布斯法以及狄克勛法。

3.3 基于距離的隱藏故障診斷方法

工作人員在實(shí)際進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)隱藏故障診斷工作的過程中，一般會(huì)對(duì)一組之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，但是通常來說參與比較的數(shù)據(jù)之間存在的差異性較小，因此不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理工作。與此同時(shí)，工作人員在進(jìn)行工作的過程中如不考慮可能具備兩組或兩組以上的保護(hù)裝置同時(shí)發(fā)生故障的情況，可以看出這組數(shù)據(jù)之中大部分的數(shù)據(jù)值特別接近，但如發(fā)現(xiàn)某一項(xiàng)數(shù)據(jù)值與其他數(shù)據(jù)之間的存在較大的差異，那么就說明這項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)象的保護(hù)裝置在進(jìn)行測量工作的過程中存在一定的異常情況，工作人員也可以根據(jù)此現(xiàn)象判定該系統(tǒng)中存在的隱藏故障。

簡單來說，當(dāng)電力系統(tǒng)中某一項(xiàng)繼電保護(hù)裝置中如果存在隱藏故障，那么其測量數(shù)據(jù)與同組內(nèi)其他裝置的測量數(shù)據(jù)之間存在較大的差異，針對(duì)這一情況，工作人員就可以根據(jù)距離的異常數(shù)據(jù)檢測量法的原理，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)與平均值之間的距離大小進(jìn)行判定，并根據(jù)此診斷出隱藏故障。

綜上，水電廠在進(jìn)行正常生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，繼電保護(hù)隱藏故障是相關(guān)部門工作中難以發(fā)現(xiàn)、無法及時(shí)進(jìn)行解決的一項(xiàng)難題，這種隱藏故障對(duì)我國電力行業(yè)的發(fā)展造成了不可預(yù)計(jì)的損失。因此對(duì)于繼電保護(hù)隱藏故障需要明確其概念，并且基于裝置與系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測，這樣也可以在一定程度上保證水電廠的正常運(yùn)行情況，同時(shí)也減少了出現(xiàn)隱藏故障的概率，降低損失。