電力系統(tǒng)繼電保護(hù)隱性故障分析

北京吉北電力工程咨詢有限公司 程建峰

當(dāng)前，電力企業(yè)在電力系統(tǒng)運(yùn)維管理工作中，需要重點(diǎn)管控繼電裝置運(yùn)行效率，在此期間相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合精細(xì)化、精益化的管控手段、管控措施，從多個(gè)層面提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，并且相關(guān)技術(shù)人員在配置繼電保護(hù)裝置的過程中，也需要完成對相關(guān)設(shè)備型號的合理選用，并且借助人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)隱性故障實(shí)時(shí)高效地分析評估，提高運(yùn)維管理效率[1]。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)隱性故障的概念分析

在電力系統(tǒng)中涉及較多的設(shè)備，而設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互協(xié)調(diào)運(yùn)作需要依托相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，其作為連接樞紐以及溝通橋梁能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備精細(xì)化地控制。然而，在系統(tǒng)以及設(shè)備運(yùn)行期間，出現(xiàn)繼電保護(hù)隱性故障問題也相對較為常見，同時(shí)對相關(guān)隱性故障的處理也具備較大的工作難度[2]，而所謂隱性故障是指在整個(gè)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的隱性缺陷，不會直接作用于電力系統(tǒng)的運(yùn)作，但是隨著時(shí)間的不斷推移，相應(yīng)的隱性故障進(jìn)一步增多會導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性受到影響，其作為一類動態(tài)化的影響因素會對電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，比如出現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷波動情況[3]。

除此之外，在特定的工況下，部分隱性故障也會轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性故障，從而進(jìn)一步給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來嚴(yán)重的干擾，若繼電器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)相應(yīng)的故障問題，相關(guān)工作管理人員需要在第一時(shí)間鎖定故障源，并且對故障具體區(qū)域位置進(jìn)行分析識別，制定出行之有效的電路故障處理管控計(jì)劃、管控方案及時(shí)處理故障模塊，避免故障影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大給其他設(shè)備帶來相應(yīng)的損害[4]。一般情況下，技術(shù)人員通過常規(guī)技術(shù)很難發(fā)現(xiàn)在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中潛在的隱性故障問題，而繼電器保護(hù)的隱性故障一般在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行峰值時(shí)顯現(xiàn)出來，從而給電路安全穩(wěn)定地運(yùn)行造成較大的隱患。

2 繼電保護(hù)隱性故障的成因以及分類

2.1 繼電保護(hù)隱性故障的原因

在電力系統(tǒng)中涉及較多的機(jī)電設(shè)備，同時(shí)目前電氣工程自動化領(lǐng)域結(jié)合繼電保護(hù)裝置的使用相對較為常見，而繼電保護(hù)裝置作為一類硬件系統(tǒng)，要想發(fā)揮出繼電保護(hù)裝置的實(shí)際價(jià)值和作用，工程人員也需要設(shè)定相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，來驅(qū)動硬件部分更加高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，如果在設(shè)定軟件的過程中存在定制錯(cuò)誤的情況，則會導(dǎo)致保護(hù)原理以及保護(hù)邏輯出現(xiàn)異常，比如出現(xiàn)繼電保護(hù)裝置拒動、誤動的情況，從而導(dǎo)致保護(hù)機(jī)制徹底喪失相應(yīng)的作用。除此之外，繼電保護(hù)裝置的部分集成電路存在短路缺陷的問題，雖然不影響繼電保護(hù)裝置在正常工況下的運(yùn)作，但是也會引發(fā)一系列的隱性故障問題，工程人員需要從軟件以及硬件層面出發(fā)對繼電保護(hù)裝置對隱性故障進(jìn)行識別分析[5]。

2.2 隱性故障分類

2.2.1 硬件的隱性故障

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)器的硬件隱性故障相對較為常見，而繼電保護(hù)裝置的硬件類隱性故障與硬件設(shè)備，以及各元件的運(yùn)行工況存在相應(yīng)的關(guān)聯(lián)，而出現(xiàn)此類故障的原因多數(shù)是在于相關(guān)工作人員未嚴(yán)格參照繼電保護(hù)裝置運(yùn)維管理的需求，來開展對設(shè)備的質(zhì)檢以及全面核查管控，由于繼電保護(hù)具備較多保護(hù)裝置，在設(shè)備運(yùn)行期間若相關(guān)裝置存在質(zhì)量問題，則會導(dǎo)致隱性故障進(jìn)一步顯現(xiàn)出，如出現(xiàn)設(shè)備老化、運(yùn)行不良，會給繼電保護(hù)裝置的運(yùn)作帶來相應(yīng)的影響。

另外，繼電保護(hù)器也需要合理借用通信模塊、通信系統(tǒng)來發(fā)揮出應(yīng)有的作用，實(shí)現(xiàn)信息高效傳遞。但在當(dāng)前電力系統(tǒng)、電力線路的空間布局方面，通常采用縱聯(lián)的方式，其中還存在嚴(yán)重的通信線路干擾問題，從而導(dǎo)致繼電裝置的運(yùn)作受到相應(yīng)的影響；并且在隱性故障問題中還包含直流回路故障，其中潛在接線不良、斷線的問題會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行受到嚴(yán)重的影響；同時(shí)繼電器的故障也會導(dǎo)致元件燒毀，出現(xiàn)直流電流異常的情況。而在測量回路故障中，由于其中涉及不同形式的測量回路，如果其中存在接觸不良或接線錯(cuò)誤以及設(shè)計(jì)缺陷，均會導(dǎo)致硬件的隱性故障出現(xiàn)。

2.2.2 軟件的隱性故障

軟件類隱性故障也涉及多個(gè)層面，首先在對軟件進(jìn)行檢測管理過程中如果未進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的自檢管控，則會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)連鎖故障，如在其中出現(xiàn)差動保護(hù)、電壓溢出的狀況均是由于軟件處理不到位而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)拒動、誤動。同時(shí)，在拆動保護(hù)裝置中存在插件平衡系統(tǒng)設(shè)置不合理也會出現(xiàn)繼電保護(hù)器誤動的情況。此外，在繼電保護(hù)中軟件的隱性故障還涉及繼電保護(hù)裝置靈敏度，以及定值整定等相關(guān)問題，一般情況下，繼電保護(hù)器定值設(shè)定需參照電網(wǎng)運(yùn)行的需求來進(jìn)行，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行期間相應(yīng)的定值無法得到及時(shí)更新會導(dǎo)致保護(hù)動作出現(xiàn)相應(yīng)的差異。

在繼電保護(hù)裝置靈敏度問題中也涉及兩個(gè)層面，如靈敏度過高會出現(xiàn)誤動，靈敏度過低會出現(xiàn)拒動，在此期間相應(yīng)的電壓元件靈敏度會影響整個(gè)繼電保護(hù)裝置的工作狀況。除此之外，在繼電保護(hù)裝置運(yùn)行過程中相關(guān)技術(shù)人員也需要設(shè)定一系列的保護(hù)機(jī)制，配合設(shè)備運(yùn)行，確保設(shè)備和線路之間能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，避免出現(xiàn)保護(hù)拒動的現(xiàn)象。

3 繼電保護(hù)隱性故障的處理措施

3.1 完善繼電保護(hù)裝置的可靠性和功能

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)各種各樣問題，因此相關(guān)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中需要具備較高的可靠性和穩(wěn)定性，工程師以及相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要對繼電保護(hù)裝置的功能進(jìn)行革新、優(yōu)化、完善，相關(guān)運(yùn)維人員需要落實(shí)高質(zhì)量、高效率的系統(tǒng)維護(hù)分工，對繼電保護(hù)裝置存在的問題進(jìn)行有效管控。隨著繼電保護(hù)裝置功能得到不斷優(yōu)化完善，相關(guān)運(yùn)營人員也需要落實(shí)高效率的系統(tǒng)運(yùn)維作業(yè)，分析在當(dāng)前繼電保護(hù)裝置中存在的問題點(diǎn)，并且采取繼電保護(hù)裝置保護(hù)技術(shù)，同時(shí)借助優(yōu)秀的管理技術(shù)、管理知識對現(xiàn)有的運(yùn)維管理技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新、優(yōu)化、調(diào)整，以此來減少故障發(fā)生的概率。除此之外，工程師以及相關(guān)技術(shù)人員也需要借助先進(jìn)的檢測技術(shù)、檢測手段，對繼電保護(hù)裝置以及相關(guān)管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)督管控，及時(shí)減少其中潛在的問題點(diǎn)，確保繼電保護(hù)裝置能夠正常穩(wěn)定地運(yùn)行。

3.2 對隱性故障進(jìn)行科學(xué)高效地檢測

由于繼電保護(hù)裝置的隱性故障存在相應(yīng)的不確定性，運(yùn)維人員在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要重點(diǎn)管控在峰值階段的隱性故障問題，在此環(huán)節(jié)，各類隱性故障問題便會進(jìn)一步顯現(xiàn)，相關(guān)管理人員需要采取有針對性的管控措施，結(jié)合離線式檢測技術(shù)，對現(xiàn)有的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測分析，同時(shí)管理人員也需要參考繼電故障的特征，選取有效的保護(hù)措施，提高對整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)督管控力度，降低故障發(fā)生概率。除此之外，在對繼電保護(hù)隱性故障進(jìn)行監(jiān)測管理的過程中，工程師以及相關(guān)技術(shù)人員也需要參照實(shí)際工況以及常見的隱性故障問題，對故障隱患區(qū)域進(jìn)行監(jiān)督管理，以此來減少故障出現(xiàn)的次數(shù)。而為了實(shí)現(xiàn)對隱性故障的識別管控，運(yùn)維人員還需要對現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備，以及信號接收裝備進(jìn)行合理調(diào)整，增強(qiáng)繼電器接收信號的能力。

3.3 對繼電保護(hù)隱性故障進(jìn)行科學(xué)分類實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評估

由于電力系統(tǒng)具備較大的規(guī)模，要想高效地管控電力系統(tǒng)中的故障還具備較大的工作難度，隨著當(dāng)前電力系統(tǒng)的覆蓋范圍進(jìn)一步拓寬，系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境也得到了進(jìn)一步優(yōu)化完善，但是外部環(huán)境的復(fù)雜度也在進(jìn)一步提高，在此情況下繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)隱性故障的概率則會進(jìn)一步加大，同時(shí)隱性故障的類型也會進(jìn)一步增多，當(dāng)繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)相應(yīng)的故障隱患問題時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性會受到嚴(yán)重的影響，在此過程中，企業(yè)需要采取科學(xué)合理的管控方式，加大對繼電保護(hù)體系監(jiān)督管控力度，同時(shí)結(jié)合行之有效的管控措施，做好控制以及監(jiān)測管理工作，以此來將相應(yīng)的隱性故障所帶來的損失有效降低。

首先，相關(guān)技術(shù)人員需要對繼電保護(hù)隱性故障的成因進(jìn)行分析整理，制定相應(yīng)的故障檢修日志，快速鎖定隱性故障源，同時(shí)評估隱性故障潛在的危害和不良影響，并且技術(shù)人員還需要從全局出發(fā)，對隱性故障問題進(jìn)行考量和評估，加大對隱性故障風(fēng)險(xiǎn)的評估管控力度，確保繼電保護(hù)工作能夠正常高效地開展。除此之外，相關(guān)技術(shù)人員還需要對繼電保護(hù)裝置常見的故障問題進(jìn)行總結(jié)，快速鎖定受損位置，并且借助風(fēng)險(xiǎn)評估模型，對相關(guān)位置的受損概率進(jìn)行分析，并且及時(shí)采取相同的管控措施，以此來減少故障帶來的不良影響。工作人員還需要加大研究分析力度，加強(qiáng)對繼電保護(hù)裝置的維護(hù)管理工作，確保相關(guān)設(shè)備能夠正常穩(wěn)定地運(yùn)行。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行過程中需要得到精細(xì)化的管控，運(yùn)維人員應(yīng)當(dāng)側(cè)重提高設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性以及協(xié)調(diào)性，分析電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)源，并且對電網(wǎng)進(jìn)行全面掌控提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全系數(shù)。在此過程中，運(yùn)維人員需要對隱性故障處理的理論知識進(jìn)行細(xì)致、高效地學(xué)習(xí)，并且加大運(yùn)維監(jiān)督管理力度，借助人工智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)安全、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定的運(yùn)作。

3.4 構(gòu)建故障模型與風(fēng)險(xiǎn)評估

對繼電器隱性故障的管理涉及較多的內(nèi)容，比如在對連鎖故障進(jìn)行分析管控的過程中，工程師以及技術(shù)人員也需要借助相應(yīng)的故障分析模型，有效管控在隱性故障中潛在的連鎖故障隱患問題，比如當(dāng)負(fù)荷超出相應(yīng)的比例之后，整個(gè)電力系統(tǒng)會出現(xiàn)崩潰的情況，此時(shí)可根據(jù)輸電線路的運(yùn)行態(tài)勢，對隱性故障低頻情況進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，同時(shí)建立起相應(yīng)的評估模型。

在此過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要選取初始故障線路，對故障支路進(jìn)行有效判別和管控，分析故障線路所產(chǎn)生的動作，將相關(guān)支路正常切除，而當(dāng)線路出現(xiàn)拒動的情況時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員則應(yīng)當(dāng)保證相鄰線路動作能夠得到有效管控，判斷相鄰支路是否存在誤動的情況，并且采取相應(yīng)的管控措施，在完成對系統(tǒng)的修正之后，相關(guān)技術(shù)人員則需要對線路進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的檢測，及時(shí)評估其中存在的不穩(wěn)定狀況，結(jié)合甩負(fù)荷的方式，保證整個(gè)體系維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。

而在風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，相關(guān)技術(shù)人員則需要對故障隱患問題所造成的嚴(yán)重性、危害性進(jìn)行評估，評判故障發(fā)生的概率，參考不同的影響因素，對故障嚴(yán)重性指標(biāo)進(jìn)行有效掌控，通過層次分析法，對多個(gè)結(jié)果進(jìn)行排序分析，以此來評估各指標(biāo)可能潛在的危害程度、影響程度，以此來實(shí)現(xiàn)對故障隱患問題的有效防范。

3.5 明確工作流程

繼電保護(hù)工作在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中要具備靈敏性、可靠性、速動性的特征，因此為了提高對繼電隱性故障的處理效率，相關(guān)技術(shù)人員需要嚴(yán)格參照電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，制定出科學(xué)合理的工作管理流程、管理機(jī)制，以此提高工作管控效率。比如在當(dāng)前電力系統(tǒng)工作管理期間，相關(guān)技術(shù)人員需要參照整體工作開展的情況，對繼電保護(hù)工作狀態(tài)進(jìn)行評估、總結(jié)，充分發(fā)揮繼電保護(hù)所具備的選擇性功能，確保將故障線路以及故障設(shè)備從當(dāng)前電力體系中切除掉。其次，在整體管控過程中也需要制定一系列的警報(bào)機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在繼電保護(hù)工作中潛在的故障隱患點(diǎn)，防止設(shè)備在不正當(dāng)?shù)碾娏麟妷汗r下運(yùn)作，減少設(shè)備受損的概率。

除此之外，相關(guān)技術(shù)人員還需要落實(shí)相應(yīng)的電力調(diào)整，并且完善電力配置，實(shí)現(xiàn)資源配置，從工作開展的初始階段創(chuàng)造良好的條件，同時(shí)需要對系統(tǒng)中的母線電壓、發(fā)電機(jī)以及中低電壓線路的狀態(tài)進(jìn)行定期檢驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)前工作開展的實(shí)際情況，進(jìn)行專項(xiàng)化的信息交流，確保參與到運(yùn)維管理的作業(yè)人員能夠了解到繼電保護(hù)的狀態(tài)，同時(shí)在檢測繼電器的過程中，相關(guān)技術(shù)人員還需要重點(diǎn)管控變電環(huán)節(jié)，及時(shí)對其中的電阻值進(jìn)行查看分析，重點(diǎn)關(guān)注短路點(diǎn)位置，對短路類型以及相關(guān)區(qū)域的電阻情況進(jìn)行評判，相關(guān)技術(shù)人員需要嘗試從不同的維度、不同的方向?qū)ο到y(tǒng)的電阻值進(jìn)行評估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的隱性故障（見表1）。

表1 短路電流分析

3.6 制定電力系統(tǒng)事故應(yīng)急管理預(yù)案

為了提高繼電保護(hù)隱性故障處理管控效率，企業(yè)需要在日常工作管理過程中制定行之有效的電力系統(tǒng)事故處理應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)格參照各項(xiàng)管理?xiàng)l例、管理制度，對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行精細(xì)化管控，以此來降低故障發(fā)生的概率，同時(shí)也進(jìn)一步縮小故障影響范圍。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加大檢修保護(hù)力度，對常見的隱性故障區(qū)域進(jìn)行全過程、全時(shí)段的監(jiān)測管控，以此來減少故障發(fā)生的概率，同時(shí)電力企業(yè)還需要及時(shí)組織員工開展常態(tài)化的應(yīng)急演練，確保相關(guān)運(yùn)營人員在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障期間能夠快速鎖定故障源。

3.7 母線的繼電保護(hù)

在電力輸送過程中，母線發(fā)揮著中間橋梁的作用，其作為電力系統(tǒng)中的重要結(jié)構(gòu)部分，若母線出現(xiàn)相應(yīng)的故障隱患問題，則會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響，從而影響到人們的用電安全。落實(shí)對母線的繼電保護(hù)需要從多個(gè)方面來進(jìn)行，電力企業(yè)在該過程中需要分析母線運(yùn)行的周邊環(huán)境條件，做好現(xiàn)場勘察記錄，之后合理分配相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，并且嚴(yán)格參照繼電保護(hù)規(guī)章制度、管理?xiàng)l例，做好對設(shè)備的防護(hù)管理。除此之外，母線有別于傳統(tǒng)線路，在對其進(jìn)行保護(hù)管理的過程中需簡化相應(yīng)的管理流程降低管理成本，并且工程師還需要將母線與智能終端進(jìn)行有效連接，起到對故障穩(wěn)定高效識別的管控功效，一旦發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的故障隱患問題，借助傳感器可指導(dǎo)技術(shù)人員完成對終端設(shè)備高效的管控。

4 結(jié)語

總體來說，在對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)隱性故障分析過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合行之有效的管理措施、管理規(guī)劃，對設(shè)備進(jìn)行定向化地管控，并且要評估當(dāng)前相關(guān)工作開展的實(shí)際需求，結(jié)合精細(xì)化的管理措施，提高運(yùn)維管理效率，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。