繼電保護(hù)系統(tǒng)中隱形故障的監(jiān)測與控制

摘要：隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大，對于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的要求也愈來愈高。繼電保護(hù)系統(tǒng)中存在著隱形故障現(xiàn)象，并且它的存在是不可避免的。然而隱形故障的存在對電力系統(tǒng)的影響卻很大，容易導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生重大事故。本文通過采取對隱形故障進(jìn)行監(jiān)測和控制的方法來減少隱形故障的發(fā)生，從而也就減小了系統(tǒng)發(fā)生大面積故障的可能性。這篇文章最后還介紹了目前電力系統(tǒng)中對于隱形故障分析的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：隱形故障 繼電保護(hù) 監(jiān)測和控制

隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大和發(fā)展，大容量、高參數(shù)機組在電網(wǎng)中的不斷投運，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)電設(shè)備安全運行對繼電保護(hù)及自動裝置的要求越來越高，它不但要求繼電保護(hù)裝置具有良好的可靠性，同時也要求繼電保護(hù)裝置具有較好的穩(wěn)定性。然而，繼電保護(hù)及二次回路系統(tǒng)中存在的隱性故障對電網(wǎng)和電力設(shè)備的影響不容忽視；當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)或發(fā)電設(shè)備發(fā)生故障時，隱形故障很容易造成系統(tǒng)重大事故或使事故擴大，加劇對設(shè)備的損壞和破壞電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；而電氣設(shè)備中隱性故障的存在又是不可避免的。繼電保護(hù)在發(fā)電廠和電力系統(tǒng)中起著十分重要的作用，一些擾動開始時只是一些獨立偶然的事件，當(dāng)繼電保護(hù)及二次回路中的隱形故障導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動、拒動時，極有可能擴大事故，使系統(tǒng)的穩(wěn)定遭到嚴(yán)重破壞。

隱形故障是指一種在系統(tǒng)正常運行時對系統(tǒng)沒有影響的故障，當(dāng)系統(tǒng)和設(shè)備的某些部分發(fā)生變化時，這種故障就會被觸發(fā)而導(dǎo)致系統(tǒng)大面積故障的發(fā)生。隱形故障在設(shè)備正常運行時是無法發(fā)現(xiàn)的，電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備一旦發(fā)生故障，繼電保護(hù)正確動作切除故障后，系統(tǒng)潮流分配發(fā)生改變，在新的運行狀態(tài)下，有可能會使帶有隱形故障的保護(hù)裝置及二次回路系統(tǒng)發(fā)生誤動。隱形故障最危險的是它對系統(tǒng)的影響只有在系統(tǒng)處于壓力的情況下才暴露出來，如系統(tǒng)或電氣設(shè)備發(fā)生故障和故障后瞬間低電壓、過電壓、系統(tǒng)振蕩及其他相關(guān)的異常情況發(fā)生后。

1 隱形故障的成因

隱形故障可能是由很多原因引起的，但通常有兩種情況：

1.1 由不正確的整定引起的隱形故障。這種隱形故障可能是由于整定和校準(zhǔn)的錯誤，或者整定對于系統(tǒng)的主要運行方式不合適所引起的。特別是當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)過很多地改變，而整定值卻沒有修改，此時即使繼電器正常運行，但是由于不正確的整定仍然會存在隱形故障。當(dāng)然這種隱形故障可以由繼電保護(hù)人員通過經(jīng)常地整定繼電器來控制。

1.2 由設(shè)備故障引起的隱形故障。這種故障的產(chǎn)生可能是由于元件失靈﹑磨損或者因為環(huán)境和不正確的人為干涉引起的元件損壞等原因。實際上，這種隱形故障在任何設(shè)備上都有可能發(fā)生，但是通過正確地維修可以減小隱形故障的發(fā)生率。當(dāng)然，太過頻繁地維修反過來也會導(dǎo)致隱形故障的發(fā)生。

2 評價隱形故障重要性

隱形故障并不都具有同樣的危害性，也不是所有的隱形故障都對電力系統(tǒng)起著非常重要的作用。每個隱形故障都有其脆弱性區(qū)域，如果在脆弱性區(qū)域有非正常的事件發(fā)生（比如故障），隱形故障會使得繼電器錯誤地斷開電路元件，這樣就會產(chǎn)生新的非正常狀態(tài)，而在這樣的狀態(tài)下，又會有別的隱形故障再次暴露出來。

通常，我們用以下兩個性能來描述隱形故障對于系統(tǒng)的重要性：①脆弱性區(qū)域；②隱形故障影響的嚴(yán)重性。

由于繼電器存在隱形故障，只要當(dāng)電力系統(tǒng)在某個范圍內(nèi)發(fā)生故障，帶有隱形故障的繼電器就會誤動。所有涉及到此種故障的區(qū)域就是隱形故障的脆弱性區(qū)域。

斷路器電路傳遞閉鎖信號失靈時，這會導(dǎo)致線路對于外部線路發(fā)生的故障會失去方向性。陰影部分即為脆弱性區(qū)域。

在確定了帶有隱形故障的繼電器的脆弱性區(qū)域后，需要研究隱形故障影響的重要性，決定每個區(qū)域的相對重要性，給它們分配優(yōu)先權(quán)或者靈敏性等級，通常用“脆弱性指數(shù)”來表示。測量“脆弱性指數(shù)”的方法就是看電力系統(tǒng)發(fā)生事故時的系統(tǒng)的穩(wěn)定性或者非穩(wěn)定性。系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)部故障，該線路的繼電器會跳閘，這是第一件事故；然后帶有隱形故障的繼電器被觸發(fā)，結(jié)果就有兩條線路斷開了，這是第二件事故。我們可以實時執(zhí)行這樣的事故分析，但如果條件不允許的話，也可以提前計算連續(xù)發(fā)生兩件事故的影響。通常，我們用負(fù)載﹑暫態(tài)穩(wěn)定性或者電壓崩潰等等性能來描述“脆弱性指數(shù)”。脆弱性區(qū)域和脆弱性指數(shù)結(jié)合在一起就可以給出隱形故障導(dǎo)致大規(guī)模嚴(yán)重事故的可能性。以此為標(biāo)準(zhǔn)，列出隱形故障的重要性，就可以按順序劃分隱形故障的級別。對于最嚴(yán)重的隱形故障則需要進(jìn)行單獨的監(jiān)測和控制。

3 隱形故障的監(jiān)測與控制

在研究了脆弱性區(qū)域和脆弱性指數(shù)后，就可知道哪些繼電器隱形故障的危害性比較大，從而必須對這些繼電器采取一些措施以減小隱形故障的發(fā)生率。

隱形故障的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，可以將它應(yīng)用到變電站中以控制那些有著很高脆弱性指數(shù)的繼電器。隱形故障監(jiān)測控制系統(tǒng)接收到的信號輸入與具有高脆弱性指數(shù)繼電器所接受的信號相同，事實上也就是復(fù)制該繼電器的算法和功能。它的輸出和傳統(tǒng)的繼電器的輸出以一個適當(dāng)?shù)倪壿嬓问铰?lián)系起來，用來監(jiān)督傳統(tǒng)繼電器的輸出。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)的決策和傳統(tǒng)繼電器的決策不同時，跳閘是不允許的。例如：過電流繼電器，考慮其隱形故障的可能性就是考慮它的方向性。監(jiān)控系統(tǒng)接收來自傳統(tǒng)繼電器的運行和極化信號，進(jìn)行方向計算，其輸出和傳統(tǒng)繼電器的輸出相串聯(lián)。

當(dāng)然沒有必要監(jiān)測系統(tǒng)中所有的繼電器，我們可以事先鑒別出哪些線路和母線對于系統(tǒng)可靠性有著最嚴(yán)重的危害，然后再對那些相關(guān)的繼電器加入數(shù)字裝置進(jìn)行必要的監(jiān)測和控制。

4 隱形故障分析在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 隱形故障分析在EMS中的應(yīng)用

隱形故障的分析都是離線進(jìn)行的，所得到的分析結(jié)果都建立在可查詢的表中，當(dāng)需要它時，可以直接查詢這些表。不管系統(tǒng)的負(fù)荷或者開關(guān)操作如何變化，一般來說這些分析結(jié)果對于多數(shù)情況都是有效的。

4.2 隱形故障分析在SPID(Strategic Power Infrastructure Defense)系統(tǒng)中的應(yīng)用

SPID系統(tǒng)是一個分層的多Agent系統(tǒng)，一般分為審慎層、協(xié)作層和反應(yīng)層。系統(tǒng)中的各個Agent是相互獨立的，整個系統(tǒng)又通過協(xié)作實現(xiàn)整體目標(biāo)。隱形故障監(jiān)測Agent是從系統(tǒng)的角度進(jìn)行監(jiān)測的，因此它被設(shè)置在最高層審慎層中。

事件鑒別Agents在識別到干擾后，鑒別網(wǎng)絡(luò)發(fā)生事故的比例。隱形故障監(jiān)測Agent不斷監(jiān)測電力系統(tǒng)中有著隱形故障的繼電器﹑發(fā)電機﹑負(fù)荷，這樣可以鑒別出脆弱性區(qū)域。脆弱性評估Agents則不斷地分析系統(tǒng)的脆弱性，計算脆弱性指數(shù)，它的Agent要考慮由隱形故障監(jiān)測Agent監(jiān)視的所有可能的隱形故障。具體的過程就是一旦事件agent被觸發(fā)，就要求脆弱性評估agent計算脆弱性指數(shù)。同時，隱形故障監(jiān)測agent也提供脆弱性區(qū)域和隱形故障信息給脆弱性評估agent。計算出來的脆弱性指數(shù)發(fā)給事件鑒別agent，并將此廣播給其它的agents。重組agents提供的自我愈合動作就傳送給計劃agents。在計劃agents建立了計劃的優(yōu)化順序后，就會向協(xié)作層發(fā)出計劃。

本文主要論述了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中所存在的隱形故障問題，它的存在是不可避免的，也是無法消除的。隱形故障是產(chǎn)生大面積故障的關(guān)鍵因素之一，因此必須采取有效的措施對其進(jìn)行控制。目前，在許多系統(tǒng)中，已經(jīng)要求對隱形故障進(jìn)行監(jiān)測和控制。隨著計算機技術(shù)和人工智能的發(fā)展，會出現(xiàn)更多方法減少隱形故障的危害，使電力系統(tǒng)避免大規(guī)模的事故。