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(huì)涉及到保護(hù)系統(tǒng)、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等諸多方面，為了更好的對繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評估，應(yīng)該在考慮隱性故障與運(yùn)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(jì)算隨潮流變化時(shí)隱性故障修復(fù)對系統(tǒng)正常運(yùn)行造成的影響，進(jìn)而科學(xué)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(jìn)行了研究，供參考。

【關(guān)鍵詞】 隱性故障 繼電保護(hù)系統(tǒng) 可靠性分析 評估

當(dāng)前我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力已經(jīng)不容小覷，電力系統(tǒng)規(guī)?？涨皬?qiáng)大，電網(wǎng)復(fù)雜程度日益提高，在帶來明顯經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為電網(wǎng)安全性提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)前繼電保護(hù)系統(tǒng)在技術(shù)上獲得了很大的成功，繼電保護(hù)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(hù)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(huì)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(hù)系統(tǒng)隱性故障的相關(guān)問題，以期為以后的研究工作指明方向。

1 繼電保護(hù)隱性故障概述

繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障是指正常運(yùn)行狀態(tài)下，電力系統(tǒng)是不會(huì)受到影響的，但是一旦系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生了變化，就會(huì)觸發(fā)故障，進(jìn)而造成一系列聯(lián)鎖故障。造成繼電保護(hù)隱性故障的原因主要可以分成兩類：（1）繼電保護(hù)定值不合理，保護(hù)定值與保護(hù)定值整定計(jì)算錯(cuò)誤，不能與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化相適應(yīng)；（2）繼電保護(hù)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(hù)裝置元件老化等。現(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(dāng)前這方面的研究主要集中在保護(hù)可靠性評估治療以及相關(guān)計(jì)算模型上，現(xiàn)有繼電保護(hù)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(yùn)行狀態(tài)變化直接影響著繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，所以如何對保護(hù)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行正確評估，成為現(xiàn)階段繼電保護(hù)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(hù)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(shè)置與定值整定錯(cuò)誤。其中可能會(huì)涉及到保護(hù)原理、動(dòng)作邏輯不適應(yīng)系統(tǒng)異常情況等，保護(hù)定值整定計(jì)算錯(cuò)誤或者保護(hù)定值過時(shí)都可能會(huì)引發(fā)隱性故障，這就需要電力技術(shù)人員對電網(wǎng)展開系統(tǒng)整定，而整定與校準(zhǔn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)處理不當(dāng)?shù)膯栴}，電力系統(tǒng)整體運(yùn)行方式也可能存在不正確的問題。（2）設(shè)備故障引發(fā)隱性故障。在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，由設(shè)備故障可能會(huì)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(cuò)誤等。

保護(hù)裝置誤動(dòng)作可以從以下兩方面分析：（1）保護(hù)原理上區(qū)別對待壓板的投入，ABB REG216保護(hù)中突加壓保護(hù)，只有頻率和電流判據(jù)，在系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)壓板投入有可能動(dòng)作出口，相關(guān)的保護(hù)還有起停機(jī)，斷路器閃絡(luò)保護(hù)，應(yīng)在機(jī)組投運(yùn)后退出，繼續(xù)停運(yùn)前投入相關(guān)壓板。（2）板卡故障中，光耦模塊輸出，低壓側(cè)發(fā)生軟擊穿，使元器件性能劣化，指標(biāo)參數(shù)降低，造成電路時(shí)好時(shí)壞（光耦繼電器故障）。隱性故障為繼電保護(hù)系統(tǒng)永久性缺陷的一種，其最危險(xiǎn)的地方就是以上缺陷并不會(huì)引發(fā)繼電保護(hù)立即誤動(dòng)或拒動(dòng)，只有電力系統(tǒng)處在壓力狀態(tài)中時(shí)，拒動(dòng)或誤動(dòng)才會(huì)顯現(xiàn)出來，例如發(fā)生故障時(shí)或者發(fā)生故障以后的瞬間、過負(fù)荷、系統(tǒng)振蕩及低電壓等事件動(dòng)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(shí)，保護(hù)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(shí)裝置誤跳閘。在現(xiàn)有的保護(hù)方案中中，保護(hù)拒動(dòng)表現(xiàn)為“操作失敗”，系統(tǒng)中至少有1條母線會(huì)分離，而保護(hù)誤動(dòng)表現(xiàn)為“意外跳閘”，系統(tǒng)在沒有故障發(fā)生時(shí)裝置出現(xiàn)自發(fā)性的跳閘，或者在保護(hù)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(dòng)重合閘，不會(huì)對系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，但是保護(hù)區(qū)外誤跳閘將會(huì)對系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。

故障開始保護(hù)裝置面臨著“操作失敗”的局面，這時(shí)故障線路可以通過后備保護(hù)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(hù)彌補(bǔ)，而連續(xù)反復(fù)的“操作失敗”將會(huì)擴(kuò)大故障范圍，甚至?xí)拐麄€(gè)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?yàn)橄到y(tǒng)中存在雜散信號，這樣就會(huì)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(shí)，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(hù)區(qū)外故障誤跳閘，可能會(huì)造成大型的停電事故，這不僅和隱性故障直接相關(guān)，同時(shí)也和系統(tǒng)故障、運(yùn)行條件緊密相關(guān)，因此屬于隱性故障的范疇。

3 超高壓線路繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性評估

3.1 導(dǎo)致繼電保護(hù)隱性故障的因素

相關(guān)資料表明，線路有功潮流大規(guī)模轉(zhuǎn)移不恰當(dāng)動(dòng)作是總稱故障的主要因素，因此本文主要對隱性故障進(jìn)行分析。通過對繼電保護(hù)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?yàn)?zāi)害性環(huán)境隱性故障和可修復(fù)運(yùn)行故障等幾種類型：（1）老化隱性故障屬于不可修復(fù)故障，它和歷史相關(guān)的條件有關(guān)；（2）惡劣環(huán)境或?yàn)?zāi)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(zāi)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(jì)方法得到故障率數(shù)據(jù)，災(zāi)害環(huán)境下故障率會(huì)急劇增加，這方面的計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)建立的，但是這些模型只能用于計(jì)算長期天氣變化對電網(wǎng)的影響，并不能用于計(jì)算短期災(zāi)害環(huán)境造成的故障率變化情況；（3）可修復(fù)運(yùn)行故障是指因?yàn)槔^電保護(hù)定值不合理等因素造成的。

3.2 繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性評估

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

分別利用單一保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型對兩套主保護(hù)、后備保護(hù)進(jìn)行評估，然后利用概率方式進(jìn)行綜合計(jì)算，這樣才能實(shí)現(xiàn)對超高壓線路繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的評估。當(dāng)然，搭建超高壓線路繼電保護(hù)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(jì)算模型和過程都非常復(fù)雜，對數(shù)據(jù)可靠性提出了較高要求，在當(dāng)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(hù)及后備保護(hù)之間的關(guān)系探索到可行性的辦法，使計(jì)算過程得到簡化。經(jīng)過算例驗(yàn)證分析，這兩種方式獲得的結(jié)果是非常相近的。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要分析了考慮隱性故障的繼電保護(hù)系統(tǒng)靠靠性評估的相關(guān)問題，引起繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行故障的原因主要有兩個(gè)，其一軟件設(shè)置與定值整定錯(cuò)誤，其二設(shè)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(shí)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(jié)論：基于隱性故障與系統(tǒng)運(yùn)行不同狀態(tài)，構(gòu)建單一保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，線路潮流越限時(shí)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(jià)值和意義，通過狀態(tài)空間模型分析，可以進(jìn)一步完善繼電保護(hù)裝置，對于隱性故障自檢來說非常必要，單一保護(hù)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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