關于繼電保護隱藏故障的探討

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摘要：本文筆者根據自己的工作經驗，闡述了繼電保護隱藏故障的概念、特征和機理，分析了繼電保護自檢與隱藏故障，探討了繼電保護隱藏故障的監測。具有重要的現實意義。

關鍵詞：繼電保護；隱藏故障

引言

繼電保護作為電網安全運行的三道防線之一，其在保障電力系統安全中的地位是不可忽視的。繼電保護系統自身的異常或故障有可能會導致電網一次系統錯誤運行，從而給電力系統帶來損失。繼電保護系統的隱藏故障能夠引起保護誤動或者拒動，造成電力系統擾動或者大區域連鎖停電事故的發生。因此極有必要對其進行深入的研究。本章將對繼電保護隱藏故障的概念、特征與機理進行詳細的分析，并介紹了目前隱藏故障的監測方法。

一、繼電保護隱藏故障的概念和特征

繼電保護隱藏故障被定義為保護系統中的永久缺陷，此缺陷將導致繼電保護系統不正確或不適當的切除電路元件，并有可能造成其它保護裝置相繼錯誤動作，造成連鎖停電事故。隱藏故障在系統正常運行時故障征兆并不明顯，很難被發現。但是一旦外部有故障發生，繼電器正確切除故障后，電力系統潮流重新分配，在這樣的運行狀態下就可能會使含有隱藏故障的保護裝置發生誤動。

繼電保護隱藏故障在電網正常運行時不會表現出來，而在電網運行條件出現變化時則顯現出來，對電力系統危害極大。在電網正常運行時，隱藏故障并不會使系統表現出異常，對電網兒乎沒有影響。然而，當電網某些部分發生變化，如電網出現故障或過負荷等情況，隱藏故障就會被觸發從而導致保護系統誤動，更有甚者造成連鎖故障的發生。

繼電保護系統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等。由于隱藏故障直接造成繼電器錯誤動作，但是并不表示繼電器自身的設計有問題或者繼電器應用的不對，也不表示繼電器的校準有錯誤，它與繼電器的工藝特性及工作環境有關。隱藏故障和一般的顯性故障的差別就在于它不會使繼電器立刻動作，而是當其它系統發生一些事件時才能夠被觸發。隱藏故障的最人特點，也是它最危險的地方就是它們對于系統的影響只有在電力系統處于壓力狀態時才能顯現出來，比如在故障發生時或者故障發生后瞬間、低電壓、過負荷以及其他開關事件發生后。

隱藏故障可能由很多原因引起，但通常有兩種情況：

1、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現，通過定期檢修可以減少該類隱藏故障的發生，但要杜絕此類故障的發生卻非常難。

2、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，或者整定不能滿足電網的全部運行方式引起的。尤其是當系統結構或者容量經過改變后，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。另外，由于保護定值離線整定的方法的局限性，很難保證所有運行方式下整定值的合理性。

二、繼電保護隱藏故障的動作機理

繼電保護隱藏故障在系統正常運行時并不突顯出來，而只有在電力系統處于壓力狀態時才顯示其隱藏缺陷，比如在故障時或者故障后瞬間、低壓、過載狀態或系統負荷發生轉移后。

以常見的三段式線路距離保護為例，簡要說明隱藏故障的動作機理。如圖1所示，若時間元件T2在正常條件下出現閉合的缺陷，在系統正常運行時，該缺陷不會顯現出來，而當在相鄰線路的保護I段發生故障時，由于時間元件T2閉合的緣故，此時會導致保護II段誤動作。依定義T2元件缺陷的故障即屬于隱藏故障。此類故障顯然與T2常開僅Zl閉合、Z2和Z3未動不同，后者則屬于保護誤動，而非隱藏故障。

三、繼電保護自檢與隱藏故障

電力系統對微機保護裝置的依賴程度很高，微機保護裝置應具有高可靠性的優點，能夠經受得住來自強電部分的干擾，任何由于元件損壞可能導致的拒動和誤動行為都是微機保護裝置不能接受的。事實上，由于電子元器件的老化、高電壓的沖擊等多方面的因素，微機保護裝置的硬件要做到永遠不損壞幾乎是不可能的，這就要求微機保護裝置具有硬件自檢功能。通過微機保護裝置自身的檢測，能夠在微機保護裝置的調試和運行過程中，保護裝置能夠發現自身的問題所在，并及時發出報警信號，以便在最短的時問內采取措施予以修復。微機保護裝置的硬件自檢包括故障發現和故障定位，通常主要的檢測內容包括CPU、存儲器（EPROM，RAM）、輸入通道（A/D轉換回路、開關量輸入）、輸出通道（開關量輸出）、開關及插件的接觸情況等。

圖1：繼電保護隱藏故障的動作機理

微機保護裝置的自檢功能并不能完全檢測出保護裝置的隱藏故障。微機保護裝置的自檢功能能對一些顯形故障進行診斷，如微機故障、通信故障、出口通道故障等，也能發現如圖1所示的隱藏故障，但是裝置的自檢功能并不能對軟件故障、定值整定不合理及元件的先天性缺陷進行正確的檢測。如WXB-11型微機保護裝置的自檢功能，能夠通過對三相電壓求和，來檢測電壓互感器是否有失壓或者無電壓情況，因此可以檢測二次斷線故障，但對于電壓互感器輸出值是否正常卻無能為力。保護裝置的定值設置是否合理也是自檢功能無法實現的。

四、繼電保護隱藏故障的監測

由繼電保護隱藏故障的定義可知，繼電保護裝置的隱藏故障在正常運行時并不表現出來，而在系統出現壓力的情況下才顯現，也就是說隱藏故障只會在系統運行中暴露出來，因此，傳統的離線式檢測方法并不適合用來監測隱藏故障，必須研究針對繼電保護裝置隱藏故障的在線監測系統。目前尚無專門的監控系統用以檢測運行中的繼電保護系統是否存在隱藏故障，而是僅依靠微機保護中一些簡單的自檢功能來保障保護系統的運行。不管是保護系統的定期計劃檢修還是保護裝置自檢功能，都屬于離線式的檢測方法，均沒有考慮裝置現場運行中的情況，因此，這些目前廣泛采用的離線檢測方式都不是可以信賴的檢測方案，無法實現對于繼電保護隱藏故障的檢測。

目前廣泛采用的常規檢測方法往往是在保護裝置離線情況下進行的，由于隱藏故障是在運行過程中才爆發，因此傳統的檢測方法并不能對隱藏故障進行全面的檢測。考慮到隱藏故障存在的特點，完善的檢測方法應做到對保護裝置進行在線監測，這樣才能夠在系統暴露出隱藏故障時，及時發現其中的錯誤動作傾向，對存在隱藏故障的保護裝置進行動作閉鎖或者使其退出運行，阻止由于保護裝置的隱藏故障而造成保護誤動作的行為。

結語

隨著電力系統朝著大規模化和復雜化方向不斷發展，繼電保護裝置迎來了挑戰。繼電保護系統的隱藏故障是造成大規模連鎖停電的主要原因之一，在本文中筆者探討了繼電保護隱藏故障，對提升繼電保護可靠性具有很重要的意義。

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