電力系統(tǒng)繼電保護隱藏故障診斷方法與系統(tǒng)重構研究

徐婷婷

(江蘇省如東縣供電分公司)

0 引言

為了適應社會和經(jīng)濟的發(fā)展, 在電力系統(tǒng)中經(jīng)常采用電力系統(tǒng)結構。在電力系統(tǒng)迅速發(fā)展的同時, 存在的繼電保護隱患對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成了很大的威脅, 因此, 要積極地運用科學、行之有效的診斷手段, 對其進行精確的判定, 并采取針對性的措施, 確保繼電保護系統(tǒng)的安全性。與此同時, 還應該注重對系統(tǒng)重構方法的有效運用, 并與電力系統(tǒng)的實際情況相結合, 選擇一種適合的系統(tǒng)重構方法, 以確保整個電力系統(tǒng)的正常運行。

1 繼電保護中隱藏故障的描述

1.1 繼電保護中隱藏故障的概念

在電力系統(tǒng)中, 繼電保護的隱藏故障是指其在日常工作過程中所出現(xiàn)的一些不太明顯的故障, 如果沒有相應的報警信號, 通常難以察覺。但是, 在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或事故時, 由于繼電保護中存在的隱藏故障, 使得系統(tǒng)不能有效地對故障或事故所損壞的線路進行有效的清除。這就是事故擴大的原因。此外, 隱藏的故障還會引起繼電保護的失靈, 造成電力系統(tǒng)的斷電。繼電保護的隱蔽失效是繼電保護的永久失效。如果不能及時發(fā)現(xiàn)和改正, 將會對電力系統(tǒng)的安全運行造成極大的威脅。

1.2 繼電保護隱藏故障的原因

隱藏故障主要表現(xiàn)在繼電保護系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)上, 所以隱藏故障的主要原因可分為兩大類。

(1) 繼電保護硬件故障。如: CT, PT 絕緣老化, 輕微放電, 絕緣下降, 繼電接觸器粘著; 保護測試儀出現(xiàn)偏移[1]。通常情況下, 很難用常規(guī)的檢測方法來檢測, 只能用常規(guī)的檢測方法來檢測。

(2) 繼電保護軟件故障: 在安裝時, 一般都是開機后以正常的參數(shù)工作。但是, 如果繼電保護裝置的整定值設置不正確, 或者軟件系統(tǒng)長時間運行, 都會對繼電保護裝置的正常運行產(chǎn)生影響。因為, 由于各種原因, 軟件系統(tǒng)進行了混亂的運行, 不能正確地反映出電力系統(tǒng)的運行狀況。

2 繼電保護中隱藏故障的診斷方法

2.1 電力系統(tǒng)繼電保護運行信息采集

利用數(shù)據(jù)采集技術, 從根本上能實現(xiàn)繼電保護裝置的在線監(jiān)控。在此基礎上, 利用擾動觀察方法, 獲得故障記錄的波形, 以確保數(shù)據(jù)的時效性和完整性。將所記錄的數(shù)據(jù)傳回控制端, 以便于對暫態(tài)中繼電保護的潛在故障進行更細致的分析。通過對這些參數(shù)的分析, 可以了解各種工況下的繼電保護特性。通常來說, 用來說明繼電保護系統(tǒng)中潛在的錯誤的警報數(shù)據(jù)可以分成7 個類別, 詳細情況見表1[2]。通過這種方式, 可以根據(jù)收集到的信息內(nèi)容及其分類來獲得繼電保護的運行信息。

2.2 基于保護測量值的關聯(lián)性的監(jiān)測隱藏故障的靜態(tài)方法

(1) 監(jiān)測隱藏故障的靜態(tài)方法在電力系統(tǒng)中, 對各繼電保護設備輸入信號的取樣值具有較強的相關性。利用繼電保護設備之間的相互關系, 可以對繼電保護設備中的潛在故障進行分析。通過采集發(fā)電機、變壓器、輸電線路等的電力輸入信號, 并對其進行分析, 找出可能的潛在故障源和潛在故障源。隱藏故障的靜態(tài)測量方法, 是建立在保護測量值之間存在相關性的基礎上, 它需要在測量數(shù)據(jù)的時候, 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時同步, 從而確保保護的固定值和不同輸入數(shù)據(jù)的精度。(2) 繼電保護裝置測量電路的隱藏故障分析在電力系統(tǒng)中, 我們可以對繼電保護裝置進行觀察, 比如, 接收節(jié)點的電壓和電流采樣數(shù)據(jù), 比如, 運行狀態(tài)參數(shù), 比如, 軟件和硬件自檢信息, 以及運行報警信息代表了時間維度上的多維數(shù)據(jù)的混合, 如表2 所示。繼電保護測試電路包括: CT, PT, 電纜, 變送器, 終端線, 采樣保持電路, 模擬低通濾波器, 模/數(shù)變換電路, 多路復用模擬開關等。任何一個組件出現(xiàn)故障, 都有可能讓繼電保護裝置不能獲得關于網(wǎng)絡運行的正確信息, 進而造成繼電保護裝置的誤判和保護裝置的誤動作。

表2 繼電保護裝置多維數(shù)據(jù)

2.3 基于保護測量值的相關性的動態(tài)隱藏故障監(jiān)測方法

(1) 基于保護測量值相關性的動態(tài)保護測量隱藏故障診斷方法在電力系統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)中, 保護裝置在電氣環(huán)節(jié)的相鄰元件之間是功能互補的。每個保護裝置應根據(jù)獲得的測量值信息進行邏輯判斷, 根據(jù)其自身獲取的不同故障信息, 應進行不同的動作結果, 以保證保護動作的選擇性。(2) 保護功能啟動時測量值的關聯(lián)性原則對于相同的故障信息, 線路保護裝置的測量值之間存在著關聯(lián)性。這種關聯(lián)性與繼電保護裝置的保護原理有關, 也與不同保護裝置之間的電路結構有關。當保護裝置進入其動態(tài)特性時, 就會實施保護裝置,這樣就可以診斷出保護裝置的隱藏故障。

(3) 保護裝置調(diào)試時計算和測量中的隱藏故障分析

電力系統(tǒng)繼電保護中的計算與測量一體化是指對繼電保護裝置采集的各種故障數(shù)據(jù)進行綜合分析和處理。這些數(shù)據(jù)中包含的元件是測量和計算元件以及繼電保護裝置中的測量回路。通過對這些元件的重點測量, 可以避免隱藏故障的發(fā)生, 保證繼電保護裝置的正常運行。

3 繼電保護系統(tǒng)的重構方法

3.1 電力系統(tǒng)繼電保護與隱藏故障系統(tǒng)的結構分析

電力系統(tǒng)繼電保護與隱藏故障系統(tǒng)的結構如圖1所示, 整個系統(tǒng)由主站層、通信層、子站層和設備層組成。頭端層由調(diào)度管理系統(tǒng)、調(diào)度工作站、數(shù)據(jù)服務器和打印機組成。主要功能是對上傳的信息進行分析和處理, 并與其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換和共享。通信層的作用是將各站收集和預處理的信息傳輸?shù)筋^端層, 以方便工作人員查看和管理; 車站層的作用是對設備層收集的不同信息進行預處理, 然后通過通信層傳輸?shù)筋^端層。設備層由微機保護、故障記錄儀、GPS 等設備組成, 其主要功能是收集現(xiàn)場的故障信息[3]。

3.2 重構原則

(1) 完整性原則

改造繼電保護系統(tǒng)時, 首先要分析系統(tǒng)中存在的問題, 然后應用改進的信號檢測, 提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性和靈敏度, 進而提高整個系統(tǒng)的檢測能力,糾正隱藏故障。對有故障的繼電保護系統(tǒng)進行改造時, 應考慮完整性原則, 確保改造后系統(tǒng)的整體結構完好。

(2) 可靠性原則

在系統(tǒng)改造的情況下, 安全性和可靠性是首要條件, 必須滿足任何電力系統(tǒng)的可靠性要求。

(3) 速度原則

在系統(tǒng)重新設計時, 也必須考慮到速度原則。也就是說, 一旦發(fā)現(xiàn)繼電保護處于故障狀態(tài), 應及時選擇合適的、完整的重構方案, 在短時間內(nèi)完成系統(tǒng)重構, 減少故障風險, 防止發(fā)生其他事故。

(4) 經(jīng)濟原則

繼電保護系統(tǒng)的重新設計還必須考慮到經(jīng)濟原則, 這可以從以下兩個方面來解釋。一是要保證在不改變網(wǎng)絡結構和布局的情況下, 盡可能方便地進行系統(tǒng)的重新設計, 從而節(jié)約成本。第二, 就是在滿足系統(tǒng)現(xiàn)代化各方面要求的基礎上, 盡量選擇變化最小、成本最低的現(xiàn)代化方案。

3.3 重構方法

繼電保護系統(tǒng)的重構只是對系統(tǒng)中的不同資源進行重組。從簡單的角度來看, 重組過程可以分為繼電保護資源的重組、重組方法的選擇和具體的實施方法。繼電保護系統(tǒng)的重構模型如圖2 所示。

圖2 繼電保護系統(tǒng)重構模型

重構過程應考慮以下幾點。

(1) 繼電保護資源

繼電保護資源是系統(tǒng)重新設計的主要依據(jù), 包括變壓器、操作電源、測量元件和其他功能部件。與其他結構相比, 電力系統(tǒng)結構具有一定的開放性和共享性, 因此, 繼電保護改造資源也應具有共享性, 以促進資源的整合, 保證繼電保護系統(tǒng)改造的質(zhì)量。

(2) 實現(xiàn)資源的有效整合

在繼電保護資源的重構中, 要以電力系統(tǒng)的固定運行原理作為重構的基礎, 有效整合系統(tǒng)內(nèi)部元件,重新分配內(nèi)部數(shù)據(jù)信號, 使各功能元件充分融合, 實現(xiàn)繼電保護資源有效整合的目的。需要注意的是, 電磁式電流互感器與其他繼電保護元件有很強的固定關系, 在整合資源時不能改變。在電磁式電流互感器的整合中, 可以利用信息技術來完成在線分配, 從而完成整合工作。

(3) 資源整合模式

在特殊運行過程中, 對電力系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)進行綜合比較, 在綜合考慮繼電保護裝置運行狀況的基礎上, 制定最優(yōu)的資源整合方案, 選擇科學合理的資源整合方式, 為繼電保護系統(tǒng)的重構提供可靠的依據(jù)。在系統(tǒng)重構前, 可以建立完整的重構模型, 確?；A保障工作, 避免后期整合資源的流失。重構模型應包括: ①功能部件層, 主要是整合繼電保護系統(tǒng)的功能部件; ②狀態(tài)診斷層, 依托信息技術和計算機設備完成信息收集和分析決策, 主要是收集部件運行狀態(tài)的基本信息, 進行狀態(tài)診斷,通過分析和決策捕捉隱藏的部件故障, 制定完整的重構方案; ③為了協(xié)調(diào)決策層, 可以利用計算機技術進行各種信息和數(shù)據(jù)的交換, 進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的跨區(qū)域重構, 完成重構協(xié)調(diào)工作。

4 結束語

通過使用基于統(tǒng)計學的隱藏故障診斷方法、基于保護測量相關性的隱藏故障診斷方法以及由于電子變壓器故障而產(chǎn)生的故障診斷方法, 可以有效降低隱藏故障對電力系統(tǒng)的風險。此外, 繼電保護系統(tǒng)的重新配置方法可以進一步提高電力系統(tǒng)應對隱藏故障的能力。因此, 應加強對隱藏故障診斷方法和系統(tǒng)重構方向的研究, 使電力供應更安全、更可靠, 從而促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。