繼電保護(hù)的隱藏故障分析

張瑞強(qiáng)

國網(wǎng)河南省電力公司濮陽縣供電公司 河南濮陽 457000

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們用電需求不斷增加，同時(shí)，對用電質(zhì)量提出了更高的要求，不僅要更安全還要更穩(wěn)定，但在實(shí)際用電中，經(jīng)常會(huì)遇到停電現(xiàn)象，影響人們生活生產(chǎn)，不僅給電力企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成不利影響。

1 繼電保護(hù)概述

1.1 內(nèi)涵

繼電保護(hù)就是當(dāng)電力系統(tǒng)受到外部因素影響，或者系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)異常，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行超出安全范圍時(shí)，由繼電保護(hù)裝置提供保護(hù)功能，確保設(shè)備運(yùn)行安全。繼電保護(hù)不僅需要能夠在最短的時(shí)間內(nèi)找出故障原因并對故障進(jìn)行處理，還必須同時(shí)保證電網(wǎng)運(yùn)行安全，向值班人員發(fā)送指示信號，由專業(yè)技術(shù)人員對存在的問題進(jìn)行處理。

1.2 作用

繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)和異常時(shí)，繼電保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠迅速做出反應(yīng)，對故障進(jìn)行定位和判斷，并將故障信號反饋給控制中心，并對故障進(jìn)行有效隔離，避免其對于其他設(shè)備和線路正常運(yùn)行的影響；二是如果電力系統(tǒng)故障嚴(yán)重，繼電保護(hù)會(huì)向控制中心發(fā)出整個(gè)電力系統(tǒng)停運(yùn)申請，然后對故障進(jìn)行全面細(xì)致的排查，以保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。

2 繼電保護(hù)隱藏故障分類

通過對現(xiàn)有繼電保護(hù)隱藏故障研究分析可知，隱藏故障產(chǎn)生原因主要有裝置設(shè)計(jì)或使用錯(cuò)誤、元件破損功能下降、檢修不當(dāng)、定值不合理等，將隱藏故障主要分為以下兩類。（1）元件功能故障。繼電保護(hù)裝置內(nèi)部具有多個(gè)元件，每個(gè)元件的完整性才能保證機(jī)電系統(tǒng)的正確動(dòng)作。若方向繼電器、電壓互感器等元件由于環(huán)境和檢測不合理的原因出現(xiàn)磨損、失靈等問題，造成整體功能性下降，這類隱藏故障可以通過定期檢修減少發(fā)生概率，但很難從根本上解決這類故障；另外不同的元件具有的隱藏故障特點(diǎn)不同，其故障與線路元件的位置相關(guān)，可以通過分塊的判斷故。

保護(hù)裝置內(nèi)部元件故障自左向右分為三類，分別是電壓、電流互感器故障，功率方向元件及啟動(dòng)元件故障，時(shí)間計(jì)時(shí)器故障。其中，TV是電壓互感器，TA是電流互感器Kwd和KA分別是功率方向元件和定值電流啟動(dòng)元件，KT是時(shí)間繼電器。（2）定值不合理故障。目前，常采用離線整定的手段確定繼電保護(hù)定值主，具有一定的局限性。在確定定值過程中TA變化跟實(shí)際情況不吻合，缺少參數(shù)，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，造成整定不滿足電網(wǎng)運(yùn)行的變化形式，而定整值沒有根據(jù)實(shí)際做出調(diào)整，即使繼電保護(hù)裝置可以正常運(yùn)行，但整定值計(jì)算的不合理性會(huì)導(dǎo)致隱藏故障的產(chǎn)生。

3 繼電保護(hù)隱藏故障的動(dòng)作機(jī)理

繼電保護(hù)隱藏故障具有一定的隱蔽性，當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受到壓力故障才會(huì)顯現(xiàn)，比如電力系統(tǒng)處于負(fù)荷轉(zhuǎn)移狀態(tài)。且繼電保護(hù)系統(tǒng)中的元件都有可能存在隱藏故障。以三段線路距離保護(hù)為例，簡要分析隱藏故障的動(dòng)作機(jī)理。如圖2所示，開關(guān)ZⅠ發(fā)生異常閉合，是該保護(hù)裝置的誤動(dòng)；時(shí)間元件Ⅱ因缺陷閉合屬于隱藏故障，該缺陷只有在相鄰線路保護(hù)裝置Ⅰ段發(fā)生故障而導(dǎo)致保護(hù)裝置Ⅱ段時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)。可見繼電保護(hù)隱藏故障具有很大的隱蔽性。

4 繼電保護(hù)隱藏故障的監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)

不同原因?qū)е碌碾[藏故障具有不同的故障特性和隱蔽性，為了防止連鎖故障的產(chǎn)生需要對隱藏故障做好風(fēng)險(xiǎn)分析與監(jiān)測控制。

4.1 繼電保護(hù)隱藏故障風(fēng)險(xiǎn)分析

隱藏故障對電力系統(tǒng)的危害性一般和其發(fā)生故障的位置和作用范圍有關(guān)，在該范圍內(nèi)可能導(dǎo)致一系列連鎖反應(yīng)，對電力系統(tǒng)造成不同程度的危害?？梢杂么嗳跣詤^(qū)域和隱藏故障嚴(yán)重性來描述故障的危害程度，并根據(jù)脆弱性區(qū)域和脆弱性指數(shù)對隱藏故障進(jìn)行排序。對于影響范圍大、脆弱性指數(shù)高的隱藏故障進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。目前，采用風(fēng)險(xiǎn)理論定量地分析繼電保護(hù)隱藏故障造成線路元件錯(cuò)誤切除的概率與后果，評估電力系統(tǒng)連鎖故障的危害程度。風(fēng)險(xiǎn)理論是一種考慮系統(tǒng)不確定性因素和其導(dǎo)致的危險(xiǎn)概率和危害程度相結(jié)合起來的理論，核心是以分析評價(jià)隱藏故障的非正確動(dòng)作概率和其對電力系統(tǒng)的危害程度為主要內(nèi)容，通過相應(yīng)計(jì)算全面地區(qū)分隱藏故障對電力系統(tǒng)的危害程度，通常用風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)衡量風(fēng)險(xiǎn)大小。下式為電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)和隱藏故障發(fā)生概率與其對電力系統(tǒng)的危害程度關(guān)系式。R=P故障×I危害（1）式中，R是電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)；P故障是隱藏故障的發(fā)生概率；I危害是隱藏故障對電力系統(tǒng)的危害程度。另外，采用仿真算法（Monte-Carlo法和重點(diǎn)抽樣法）對繼電保護(hù)隱藏故障進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，仿真算法能較詳細(xì)地模擬連鎖故障的產(chǎn)生過程，但在分析和計(jì)算中產(chǎn)生無用樣本，增大了計(jì)算工作量，存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象，其中重點(diǎn)抽樣法在轉(zhuǎn)換概率時(shí)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)保證故障的方差，這在一定程度上限制了仿真算法的應(yīng)用[1]。

4.2 繼電保護(hù)隱藏故障監(jiān)測控制

不同的繼電保護(hù)裝置的隱藏故障不同，其產(chǎn)生的危害程度也不同，且和顯性故障監(jiān)測相比，繼電保護(hù)隱藏故障只有在系統(tǒng)出現(xiàn)變化時(shí)顯現(xiàn)出來，難以通過傳統(tǒng)的離線式監(jiān)測措施進(jìn)行控制，將危害控制到最低。隱藏故障監(jiān)測與控制系統(tǒng)的框架，該系統(tǒng)通過與高脆弱性指數(shù)輸出結(jié)果進(jìn)行比較，經(jīng)過邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)對保護(hù)裝置的在線監(jiān)測；但該方案不夠成熟。當(dāng)前沒有專門的監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測繼電保護(hù)系統(tǒng)是否存在隱藏故障，僅僅是借助微機(jī)保護(hù)中自檢功能來保證系統(tǒng)運(yùn)行，或采用對裝置及設(shè)備采用定期抽樣檢驗(yàn)的方式來排除故障，這與電力系統(tǒng)數(shù)字化的發(fā)展背道而馳。我國數(shù)字化變電站技術(shù)的應(yīng)用取得了突破，可利用電子智能設(shè)備充分?jǐn)?shù)字化的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置內(nèi)部信息的共享，并對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行在線監(jiān)測。

5 結(jié)語

促進(jìn)了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活水平的提升，為了讓這種發(fā)展情況在區(qū)域內(nèi)良性化，在進(jìn)行發(fā)展的過程中，要及時(shí)將自身的發(fā)展問題改進(jìn)，讓繼電保護(hù)系統(tǒng)能夠在更加多元化的發(fā)展中，豐富其功能，強(qiáng)化其性能，從而實(shí)現(xiàn)電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展。