繼電保護(hù)隱性故障分析

練媛媛 儀征供電公司

繼電保護(hù)隱性故障分析

練媛媛 儀征供電公司

隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的要求也愈來(lái)愈高。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大電網(wǎng)因繼電保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)引起的大面積停電事故時(shí)有發(fā)生，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活帶來(lái)極大危害。隱形故障是產(chǎn)生大面積故障的關(guān)鍵因素之一,容易導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生重大事故。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中所存在的隱形故障問(wèn)題, 它的存在是不可避免的, 也是無(wú)法消除的，因此必須采取有效的措施對(duì)其進(jìn)行控制。

引言

復(fù)雜電力系統(tǒng)和電力市場(chǎng)的發(fā)展在帶來(lái)明顯經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也對(duì)電力系統(tǒng)的安全提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，電力系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難性連鎖故障的次數(shù)明顯增多。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大和發(fā)展，大容量、高參數(shù)機(jī)組在電網(wǎng)中的不斷投運(yùn)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)電設(shè)備安全運(yùn)行對(duì)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的要求越來(lái)越高，它不但要求繼電保護(hù)裝置具有良好的可靠性，同時(shí)也要求繼電保護(hù)裝置具有較好的穩(wěn)定性。本文通過(guò)對(duì)隱性故障危害的介紹、故障分析以及停電事故的詳細(xì)分析，指出繼電保護(hù)及二次回路系統(tǒng)中存在的隱性故障對(duì)電網(wǎng)和電力設(shè)備的影響不容忽視，并提出有效控制措施。

1.隱性故障

1.1 何謂隱性故障

隱形故障是指一種在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)沒有影響的故障, 而當(dāng)系統(tǒng)某些部分發(fā)生變化時(shí), 這種故障就會(huì)被觸發(fā)從而導(dǎo)致大面積故障的發(fā)生[1]。隱形故障在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)是無(wú)法發(fā)現(xiàn)的, 但是一旦有故障發(fā)生, 繼電器正確切除故障后, 電力系統(tǒng)潮流重新分配, 在新的運(yùn)行狀態(tài)下，有可能會(huì)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(dòng)。

繼電保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行期間，由于溫度、濕度、氧化及電磁場(chǎng)等作用，其元器件、二次回路的絕緣都會(huì)劣化，裝置特性可能發(fā)生變化。系統(tǒng)中的元件可能存在隱形故障, 例如TV、TA、接線片、連接器、各種繼電器、通信通道等等。隱形故障的存在并不表示繼電器本身的設(shè)計(jì)有問(wèn)題或者繼電器應(yīng)用的不對(duì), 也不表示校準(zhǔn)有錯(cuò)誤。它和一般故障的差別就在于這些缺陷不會(huì)使繼電器立刻動(dòng)作, 而是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生其他一些事件時(shí)才能夠被監(jiān)測(cè)到。隱形故障的最大特點(diǎn), 也是它最危險(xiǎn)的地方就是它們對(duì)于系統(tǒng)的影響只有在電力系統(tǒng)處于壓力狀態(tài)時(shí)才能顯現(xiàn)出來(lái),比如在故障發(fā)生時(shí)或者故障發(fā)生后瞬間、低電壓、過(guò)負(fù)荷以及其他開關(guān)事件發(fā)生后。

1.2 隱性故障的危害

當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)或發(fā)電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，隱形故障很容易造成系統(tǒng)重大事故或使事故擴(kuò)大，加劇對(duì)設(shè)備的損壞和破壞電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。一些擾動(dòng)開始時(shí)只是一些獨(dú)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(dòng)、拒動(dòng)時(shí)，極有可能擴(kuò)大事故，使系統(tǒng)的穩(wěn)定遭到嚴(yán)重破壞。電氣設(shè)備事故的發(fā)生一般都要經(jīng)過(guò)一定的發(fā)展過(guò)程；一些無(wú)法預(yù)知的事件而使設(shè)備處于非正常的運(yùn)行狀態(tài)，如電氣設(shè)備的局部發(fā)熱、繞組輕微匝間短路等；由于缺乏實(shí)時(shí)的監(jiān)控設(shè)備或運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況估計(jì)錯(cuò)誤和對(duì)運(yùn)行狀態(tài)了解不深等原因，當(dāng)設(shè)備某處發(fā)生故障或異常時(shí)，則有可能引起一系列的連鎖反應(yīng)。從理論上來(lái)說(shuō)，不論是系統(tǒng)發(fā)生故障還是局部的電氣設(shè)備故障，都是由故障設(shè)備所在段的繼電保護(hù)裝置（自動(dòng)裝置）或者通過(guò)后備保護(hù)延時(shí)切除故障。由于保護(hù)裝置及二次回路中存在的隱性故障，在發(fā)生故障時(shí)保護(hù)裝置可能出現(xiàn)誤跳、拒動(dòng)、越級(jí)跳閘等情況。這樣，系統(tǒng)就會(huì)更加不穩(wěn)定，從而進(jìn)一步削弱電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。電網(wǎng)有可能被分割成獨(dú)立的幾個(gè)小系統(tǒng)，最終導(dǎo)致電網(wǎng)的崩潰瓦解，造成大面積的停電和設(shè)備的損壞。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查報(bào)告，導(dǎo)致繼電保護(hù)隱患的原因可以大致分為兩類：1）繼電保護(hù)定值不合理，包括保護(hù)定值整定計(jì)算錯(cuò)誤和保護(hù)定值過(guò)時(shí)（不適合當(dāng)前的運(yùn)行方式）；2）繼電保護(hù)系統(tǒng)硬件缺陷，包括通信系統(tǒng)故障、測(cè)量元件（CT/PT ）故障、保護(hù)裝置元件老化、接觸不良、絕緣不良、接線錯(cuò)誤等[2]。

2.隱性故障分析

近年來(lái)，停電事故的后果日益嚴(yán)重，大型停電事故主要是由連鎖故障引起的。如1996年7月美國(guó)西部電網(wǎng)（WSCC）和1998年6月美國(guó)中部大陸電網(wǎng)（MAPP）解列事故，2003年8月美、加大停電事故、2003年的英國(guó)倫敦大停電等。而造成這些大規(guī)模停電事故的罪魁禍?zhǔn)渍抢^電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障，有資料表明世界上大約有75%的大的停電事故都和保護(hù)系統(tǒng)的不正確運(yùn)作有關(guān)，繼電保護(hù)的隱性故障已經(jīng)成為電力災(zāi)難性的一種機(jī)理。

保護(hù)隱藏故障和一般硬件故障、過(guò)時(shí)整定及人為差錯(cuò)不同，必須由其他事件才能揭露其隱藏缺陷。保護(hù)誤動(dòng)反映的是接線邏輯正確，動(dòng)作后才能判斷是否誤動(dòng)，故需定期離線檢測(cè)。隱藏故障反映的則是接線邏輯出錯(cuò)，正常時(shí)即可在線檢測(cè)監(jiān)視。

故障案例

2.1 3 段式線路距離保護(hù)

110 kv圩區(qū)變電所10kv線路過(guò)流1段瞬時(shí)動(dòng)作，過(guò)流2段經(jīng)2s動(dòng)作。10kv圩東線112線路故障，過(guò)流1段瞬時(shí)動(dòng)作，過(guò)流2段未經(jīng)2s也瞬時(shí)動(dòng)作。模擬故障發(fā)生情況，發(fā)現(xiàn)過(guò)流2段時(shí)間繼電器閉合，造成1段動(dòng)作時(shí)2段誤動(dòng)作。此為隱性故障，正常運(yùn)行時(shí)不能發(fā)現(xiàn)，但可以在定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

圖1 三段式電流保護(hù)原理圖

隱性故障和保護(hù)誤動(dòng)存在區(qū)別，以上述三段式保護(hù)為例，簡(jiǎn)化原理如圖2所示，T2正常時(shí)屬于隱性故障，但其缺陷只有在保護(hù)第1段故障而導(dǎo)致第2段誤跳時(shí)才被揭露。顯然，如此時(shí)T2常開僅Z1閉合，Z2和Z3未動(dòng)則屬于保護(hù)誤動(dòng)，而非隱性故障。

圖2 隱性故障和保護(hù)誤動(dòng)的區(qū)別

2.2 方向比較閉鎖方案。

故障檢測(cè)器或者通信連接的失靈, 都有可能導(dǎo)致在相鄰線路故障時(shí)繼電器觸發(fā)斷路器錯(cuò)誤地跳開[3]。如圖3 所示, 只要正向有故障發(fā)生, 那么載波電路中的隱性故障都會(huì)使線路跳開。該故障可以在通道定期檢查和保護(hù)定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)。

圖3 方向比較閉鎖

3.隱性故障防范措施

通過(guò)對(duì)上述情況的分析，繼電保護(hù)及二次回路隱形故障是完全可以預(yù)防的。目前，在許多系統(tǒng)中，已經(jīng)要求對(duì)隱形故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，會(huì)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。

我們必須加強(qiáng)設(shè)備管理，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，建立健全設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)臺(tái)賬。做到設(shè)備維護(hù)、檢修到位，人員工作到位，將設(shè)備的一些細(xì)微變化記錄在案，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的變化情況進(jìn)行對(duì)比分析，找出存在的問(wèn)題，有針對(duì)性的進(jìn)行處理。盡量降低設(shè)備隱形故障的危害，使系統(tǒng)和電氣設(shè)備避免大規(guī)模的事故。

[1] Phadke A G，Thorp J S.Expose hidden failures to prevent cascadingoutages in power system.s[IJ]EEE Computer Applications in Power，1996，9(3)：20-23.

[2]施莉，趙東成，楊明玉. 關(guān)于繼電保護(hù)系統(tǒng)中隱形故障的探討[J]. 繼電器.2004，32（5）：66-69

[3] Damborg M J, Kim M, Huang J, et al.Adaptive Protectionas Preventive and Emergenc Control[ A] . Power EngineeringSociety Summer Meeting. 2000. 1208：1212.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.088