水電廠繼電保護隱藏故障診斷方法研究

摘要：水電廠擔負著電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻任務，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有舉足輕重的地位，水電廠繼電保護隱藏故障將導致繼電保護系統(tǒng)不正確的切除電路元件，并有可能造成其它保護裝置相繼錯誤動作，造成連鎖事故，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。本文主要闡述水電廠繼電保護隱藏故障的概念、特征和原因，主要研究基于繼電保護測量值相關(guān)性原理的繼電保護隱藏故障診斷方法。

關(guān)鍵詞：水電廠；繼電保護；隱藏故障；診斷；方法

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

水電廠擔負著電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻任務，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有舉足輕重的地位，繼電保護系統(tǒng)隱藏故障是造成水電廠機組事故的主要原因之一。因此，研究水電廠繼電保護隱藏故障的診斷方法，提升繼電保護可靠性，對水電廠機組的安全穩(wěn)定運行意義重大。

1繼電保護隱藏故障的概念

水電廠繼電保護隱藏故障被定義為保護系統(tǒng)中的永久缺陷，此缺陷將導致繼電保護系統(tǒng)不正確的切除電路元件，并有可能造成其它保護裝置相繼錯誤動作，造成機組停機事故。隱藏故障在系統(tǒng)正常運行時故障現(xiàn)象并不明顯，很難被發(fā)現(xiàn)，嚴重威脅水電廠機組的安全運行。

2繼電保護隱藏故障的特征

在水電廠機組正常運行時，隱藏故障并不會使機組表現(xiàn)出異常，對水電廠機組幾乎沒有影響。但是，由于水電廠機組出力發(fā)生變化或者電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如電網(wǎng)出現(xiàn)故障或過負荷等情況，隱藏故障就會被觸發(fā)從而導致保護系統(tǒng)誤動，更有甚者造成連鎖故障的發(fā)生。繼電保護系統(tǒng)中的硬件與軟件都有可能存在隱藏故障，例如 PT、CT、各種繼電器、通信通道及軟件設置錯誤等，就會威脅到水電廠機組的安全運行。

3繼電保護隱藏故障的原因

隱藏故障可能由很多原因引起，主要有兩類原因：

3.1定值整定不合理引起的隱藏故障。這種隱藏故障可能是由于整定值和校準的錯誤，或者整定不能滿足水電廠機組的全部運行方式引起的。尤其是水電廠接線或者機組容量改變時，而保護的整定值卻沒有做相應的修改，此時雖然繼電保護裝置能夠正常運行，但是由于不正確的整定仍然會存在隱藏故障。

3.2設備或元件故障引起的隱藏故障。如元件失靈、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。這類故障可通過人為檢修發(fā)現(xiàn)，通過定期檢修可以減少該類隱藏故障的發(fā)生，但要杜絕此類故障的發(fā)生卻非常難。

4 基于繼電保護測量值相關(guān)性原理的繼電保護隱藏故障診斷方法

根據(jù)繼電保護的工作原理，研究對保護裝置的靜態(tài)特性和動態(tài)特性進行隱藏故障的診斷方法。重點研究靜態(tài)測量環(huán)節(jié)、動態(tài)測量環(huán)節(jié)及保護定值的分支系數(shù)合理性，利用繼電保護提供的豐富的信息，辨識出異常的測量信息，最終實現(xiàn)對保護裝置隱藏故障的診斷。

4.1基于保護測量值相關(guān)性的靜態(tài)隱藏故障監(jiān)測方法

4.1.1靜態(tài)隱藏故障監(jiān)測方法

水電廠各保護裝置輸入的采樣值信息都具有很強的相關(guān)性，利用這種相關(guān)性可以鑒別出保護裝置測量回路是否存在隱藏故障。對于變壓器的電氣量保護而言，通常都配備有基于電流信息的主保護，各保護裝置輸入的電流信息具有相關(guān)性。所以，診斷系統(tǒng)要求能夠獲得各保護裝置的實時采樣數(shù)據(jù)，并要求這些采樣數(shù)據(jù)在時間上具有同步性，確保保護定值的準確性。

4.1.2繼電保護裝置測量回路的隱藏故障分析

水電廠繼電保護裝置測量回路由互感器、連接電纜、端線、變換器、模擬低通濾波器，采樣保持電路、多路模擬開關(guān)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路等組成。若測量回路中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都將使保護裝置獲取不到正確的電網(wǎng)運行信息，有可能導致保護裝置做出錯誤的判斷，造成保護誤動。

4.2基于保護測量值相關(guān)性的動態(tài)隱藏故障監(jiān)測方法

4.2.1基于保護測量值相關(guān)性的保護動態(tài)測量環(huán)節(jié)的隱藏故障診斷方法

在水電廠保護系統(tǒng)中，電氣接線中相鄰元件間的保護裝置在功能上是互相補充的，各保護裝置根據(jù)自身獲取的測量值信息做出邏輯判斷，根據(jù)自身獲取故障信息的差異，從而做出不同的動作結(jié)果，保證了保護動作的選擇性，因此保護裝置的故障測量值正確與否是保護正確動作的關(guān)鍵。

4.2.2保護啟動時測量值的相關(guān)性原理

對于同一故障信息，線路保護裝置的測量值之間具有相關(guān)性，這種相關(guān)性與繼電保護裝置的保護原理有關(guān)，也與不同保護裝置之間的電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。保護裝置進入動態(tài)特性時進行的，因此它不但能夠?qū)ΡＷo的隱藏故障進行診斷，同時還可對保護動作時的中間動態(tài)過程進行有效監(jiān)視，能夠為分析保護性能提供依據(jù)。

4.2.3保護起動時的計算測量環(huán)節(jié)的隱藏故障分析

計算測量環(huán)節(jié)是把采集的故障數(shù)據(jù)進行集中處理，所涉及的元件主要是測量回路和測量計算元件等，是對這些元件進行隱藏故障的監(jiān)測是避免該環(huán)節(jié)出現(xiàn)隱藏故障的關(guān)鍵。

4.3不同地點繼電保護測量值的相關(guān)性

水電廠機組在正常運行時，由于電力系統(tǒng)出現(xiàn)擾動，保護裝置不啟動，其測量環(huán)節(jié)僅計算電流、電壓的幅值和相位，甚至僅做數(shù)據(jù)采集和起動判斷而并不計算任何電氣量。靜態(tài)特性是指繼電保護裝置在未滿足啟動條件時，僅進行測量計算而不進行邏輯比較和跳閘出口環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)涉及的硬件設備有互感器測量回路、連接電纜、端線、繼電保護前置處理電路、采樣及采樣值計算等。正常運行時，存在于該環(huán)節(jié)的隱藏故障可能并不會馬上表現(xiàn)出來，也不會造成保護誤動作，但系統(tǒng)運行壓力變大時，如一次電流增大或保護區(qū)外故障，此類隱藏故障將被激活，將導致繼電保護誤動或者拒動。因此，為避免此類故障的發(fā)生，應注意此類隱藏故障的監(jiān)測。

結(jié)語

綜上所述，分析水電廠繼電保護隱藏故障的原因，結(jié)合繼電保護工作特性與保護整定值的分支系數(shù)是否合理分別展開對繼電保護隱藏故障的探討。通過分析繼電保護裝置的靜態(tài)特性，提出針對保護裝置測量回路異常的診斷判據(jù)及診斷方法。在分析保護動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，提出保護啟動時計算測量環(huán)節(jié)的動態(tài)隱藏故障診斷判據(jù)。通過研究水電廠繼電保護隱藏故障的診斷方法，可以有效地提高水電廠繼電保護故障的處理能力，確保水電廠機組的安全運行。

參考文獻

[1]賀家李，李永麗，董新洲.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].中國電力出版社.2010

[2]國家電網(wǎng)公司人力資源部.繼電保護[M].中國電力出版社.2010.

[3]韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].浙江大學出版社.2011.