電力系統(tǒng)變電站實(shí)時(shí)故障診斷技術(shù)

單志鵬，張美勇

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000；2.國網(wǎng)浙江瑞安市供電有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325200）

電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行表明，大多數(shù)發(fā)生的故障都是功率開關(guān)的器件的損壞，最為常見的就是開關(guān)器件開路或者是直通。電力系統(tǒng)故障診斷的關(guān)鍵是提取故障的特征，故障特征的含義是指對于反應(yīng)故障的征兆的信號經(jīng)過處理后，就可以得到反映設(shè)備以及它的系統(tǒng)故障的種類以及部位和程度的綜合量。我們對電力系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷的目的主要是為了早期預(yù)防，提高對設(shè)備的管理水平，方便在出問題的時(shí)候進(jìn)行檢修。此外，還可以縮短維修的時(shí)間，且對設(shè)備的設(shè)計(jì)制造水平的提升有一定的幫助，對設(shè)備使用率提高和改善產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量都有很重要的指導(dǎo)意義。

1 電力系統(tǒng)概述

目前，對基于變電站故障診斷的分層分布式故障診斷系統(tǒng)正在進(jìn)行研究。分層分布式故障診斷系統(tǒng)可對變電站故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并最終上傳檢測結(jié)果。該結(jié)果可作為電力系統(tǒng)故障診斷的輸入，故障診斷的過程可簡化，在一定程度上提高了故障診斷系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

變電站的實(shí)時(shí)故障診斷功能有以下2點(diǎn)：①該繼電器可用于保護(hù)動(dòng)作信號和斷路器斷電后的跳閘信息；②利用變電站的實(shí)時(shí)故障電流和故障電壓進(jìn)行故障診斷。

2 等值導(dǎo)納模型的故障診斷方案

當(dāng)變電所內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，變電站的實(shí)際導(dǎo)納突然發(fā)生變化，因?yàn)樗遣灰粯拥?。例如，變電站的總線I，j，k發(fā)生了變化，發(fā)生了小故障，則自己實(shí)際的導(dǎo)納YII，Yjj，YKK都會發(fā)生變化。如果變壓器發(fā)生故障，其實(shí)際的相互準(zhǔn)入也會相應(yīng)改變，但變壓器的等效導(dǎo)納矩陣不變。所以，有些電流由變壓器實(shí)時(shí)測量或計(jì)算電流，電流就不再相等了。因此，在以上分析的基礎(chǔ)上，可以判斷變電站存在一定的故障。

在使用變電站等效導(dǎo)納模型時(shí)，主要用于變電站故障診斷。一般情況下，基于等效導(dǎo)納模型的電流計(jì)算時(shí)間不應(yīng)過長。此外，如果變壓器發(fā)生故障則很難區(qū)別，因?yàn)閮蓚€(gè)變壓器都可能存在故障，也可能是變電站母線存在故障。主要原因是變電站等效導(dǎo)納矩陣的自導(dǎo)納和互導(dǎo)納可能發(fā)生變化。

3 故障的診斷方式

事實(shí)上，每個(gè)變電站都是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中包含部分節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)割集。因此，在一般情況下，相應(yīng)相電流的正常運(yùn)行應(yīng)符合切集電流的規(guī)律。所謂切集電流定律，就是變電站各相的所有輸出線路之和為0.因此，由于這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，變電站的故障診斷是容易的。變電站網(wǎng)絡(luò)割集的所謂故障診斷方法是將整個(gè)變電站視為電網(wǎng)，作為網(wǎng)絡(luò)割集的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)之一。因此，它是一種簡便的變電站故障診斷方法。當(dāng)然，上述提到，如果變壓器故障不是一個(gè)很好區(qū)別的故障，因?yàn)閮蓚€(gè)變壓器可能均存在故障，也可能是變電站母線故障，主要原因是變電站等效導(dǎo)納矩陣的自導(dǎo)納和互導(dǎo)納可能發(fā)生變化。因此，在面對這種情況時(shí)，應(yīng)分別考慮變壓器和母線的故障診斷方法，加以區(qū)分。

4 網(wǎng)絡(luò)割集故障診斷的故障檢出方式

4.1 變電站故障的元件診斷與檢出

當(dāng)變電站發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)檢查后，根據(jù)檢查結(jié)果，可以對故障元件進(jìn)行檢測。在對上述故障進(jìn)行檢查后，可以根據(jù)結(jié)果進(jìn)行判別。如果這類故障是線型故障，可以用一種非常簡單的判斷線路故障的方法來確定故障的具體線路。由于所有的故障線路均有最大的電流，所以很容易判斷。如果遇到更加復(fù)雜的情況，可以使用最大故障電流測試方法來確定檢測到的故障功率的方向。由于故障啟動(dòng)后很容易獲得最大勢壘電流，所以，故障線的檢測非?？焖佟⒑唵?。

4.2 故障線路的診斷與檢出

一般情況下，變壓器和母線同時(shí)發(fā)生故障的概率不會被考慮，主要是因?yàn)槠涓怕屎苄?。因此，在變壓器故障中，沒有必要對母線進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)，變壓器故障檢測模塊檢測區(qū)域中有故障的差動(dòng)電流，總線故障檢測模塊檢測區(qū)域外有故障的不平衡電流。當(dāng)變電站母線發(fā)生故障時(shí)，變壓器故障是區(qū)域外的故障。因此，在這種情況下，可以達(dá)到相反的效果。在此基礎(chǔ)上，通常不調(diào)整故障檢測的動(dòng)作值，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，變壓器故障檢測模塊檢測該區(qū)域中故障的差動(dòng)電流，總線故障檢測模塊檢測區(qū)域外故障的不平衡電流。此時(shí)，將出現(xiàn)“Icd，b》Icd，m=Ibp 樣”。

在傳統(tǒng)的變壓器差動(dòng)保護(hù)中，一般采用過流制動(dòng)原理。這是為了防止因區(qū)外故障而產(chǎn)生最大不平衡電流，進(jìn)而導(dǎo)致可能的誤操作。但是，如果檢測到的電流很小，其靈敏度就不夠。對于小電流而言，一般存在于高電阻接地和開路匝間等。在電流較小的電路中，特別是當(dāng)故障前通過的電流接近額定電流時(shí)，當(dāng)故障電流很小時(shí)，無法檢測到故障，主要原因是電流太小、制動(dòng)電流太小，根本無法實(shí)現(xiàn)。因此，在變電站網(wǎng)切電流故障診斷中，一般不需要考慮不平衡電流區(qū)域以外的故障，且不需要調(diào)整故障檢測的動(dòng)作值。所以對于變壓器及母線故障的診斷，故障檢測動(dòng)作的靈敏度大幅提升。

變壓器差動(dòng)保護(hù)變壓器和零序電流保護(hù)在早期都是電流型保護(hù)。變壓器差動(dòng)保護(hù)為變壓器的主保護(hù)，避免動(dòng)作與線間（相間）故障。零序電流保護(hù)是過電流保護(hù)，它是作為變壓器的接地保護(hù)存在。變壓器的差動(dòng)保護(hù)很穩(wěn)定，主要是由于變壓器勵(lì)磁電流（激磁電流）僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反應(yīng)到差動(dòng)回路中將形成不平衡電流。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，變壓器的勵(lì)磁電流不大，只有額定電流的2%～5%.在差動(dòng)范圍外發(fā)生故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流減小。所以，這兩種情況下所形成的不平衡電流都很小，對變壓器的差動(dòng)保護(hù)影響不大。

5 結(jié)束語

對于電力系統(tǒng)變電站的實(shí)時(shí)故障診斷技術(shù)，實(shí)質(zhì)上就是變電站的網(wǎng)絡(luò)割集電流的故障的診斷方式。它是一種綜合的診斷方式，能夠在整個(gè)變電站發(fā)生實(shí)時(shí)故障時(shí)，根據(jù)故障的信息識別故障的類型以及故障原件，從而完成它對整個(gè)變電站不同的電氣元件的故障診斷。此外，還可以利用故障信息實(shí)現(xiàn)對原有故障檢測的簡化，以至于在此基礎(chǔ)上獲得更好的故障診斷依據(jù)，達(dá)到優(yōu)化提高的目的。