隱性故障的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性與評估要點(diǎn)分析

周靜

（西安供電局，西安710000）

隱性故障的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性與評估要點(diǎn)分析

周靜

（西安供電局，西安710000）

作為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線，繼電保護(hù)系統(tǒng)在防止電力故障發(fā)生及避免電力系統(tǒng)運(yùn)行擾動方面具有重要作用。在此研究背景下，重點(diǎn)針對電力企業(yè)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析及安全風(fēng)險評估，以便相關(guān)安全管理人員能夠及時發(fā)現(xiàn)企業(yè)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置中存在的安全隱患。

隱性故障；繼電保護(hù)系統(tǒng)；可靠性；評估

電力工程是促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要保證。隨著人們用電整體需求的不斷增加，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷進(jìn)行擴(kuò)展，與此同時，電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜程度也逐漸提高。在提升經(jīng)濟(jì)效益的過程中，對隱性故障下的繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性與安全性評估十分重要。特別是當(dāng)前我國電力企業(yè)的繼電保護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行裝置及運(yùn)行原理方面與過去相比，發(fā)生了很大變化。因此，電力系統(tǒng)受環(huán)境影響及元件設(shè)備影響、定值整定錯誤影響等，使繼電保護(hù)裝置不可避免存在不同類型的隱性故障。

1　繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障理論分析

通常情況下，繼電保護(hù)系統(tǒng)的電力隱性故障在電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行過程中不會對其造成嚴(yán)重影響，但當(dāng)企業(yè)電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備組件發(fā)生變化時，就會觸發(fā)相關(guān)的隱性故障，從而使整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生連鎖運(yùn)行故障。由于電力系統(tǒng)相關(guān)組件結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，因此這種隱性風(fēng)險很難被及時發(fā)現(xiàn)，一旦電力系統(tǒng)中出現(xiàn)運(yùn)行故障，就會導(dǎo)致電力系統(tǒng)潮流重新分配。在此過程中，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)中帶有隱性故障的保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動作，同時也使電力系統(tǒng)中的隱性故障越來越明顯，其故障范圍也逐漸延伸到了電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中。

一般而言，電力系統(tǒng)中隱性故障的發(fā)生主要有兩方面原因：

一是電力系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的定值或軟件設(shè)置參數(shù)值發(fā)生錯誤，且繼電系統(tǒng)的保護(hù)原理及動作邏輯對系統(tǒng)中的隱性故障判斷與適應(yīng)能力不足。

二是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置中的測量元件及通信系統(tǒng)、保護(hù)裝置、測量回路等發(fā)生故障，從而使繼電保護(hù)拒動或誤動。

繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障具體表現(xiàn)形式。通過研究發(fā)現(xiàn)，繼電保護(hù)系統(tǒng)中的隱性故障主要有兩種表現(xiàn)形式：一是操作失敗，二是意外跳閘。操作失敗的原因是由于電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，因此繼電保護(hù)裝置無法將其中的運(yùn)行故障清除；而系統(tǒng)意外跳閘是指電力系統(tǒng)中沒有故障出現(xiàn)及保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時系統(tǒng)產(chǎn)生誤跳閘現(xiàn)象。對于系統(tǒng)操作失敗情況而言，當(dāng)系統(tǒng)故障產(chǎn)生后，系統(tǒng)中的故障線路會通過后備保護(hù)而有效切除，但多次顯示操作失敗可能導(dǎo)致系統(tǒng)中的運(yùn)行故障范圍不斷擴(kuò)大。對于自發(fā)性意外跳閘現(xiàn)象而言，其會導(dǎo)致大范圍停電，這不僅與系統(tǒng)中的隱性故障相關(guān)，且與系統(tǒng)運(yùn)行條件相關(guān)。因此，結(jié)合這一原理，本文將對隱性故障下的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性與安全風(fēng)險進(jìn)行評估。

2　基于隱性故障下的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性與風(fēng)險評估

2.1基于隱性故障下的OPA模型

這一故障模型是直流潮流方程，其原理是利用標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃方法求解電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的功率調(diào)度問題。這一主要模型優(yōu)化的目的是確保隱性故障價值函數(shù)最小化。因此，在此模型評估過程中，需要保證其滿足一定的條件，即在實現(xiàn)功率平衡及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)不注入功率的前提下，確保電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)設(shè)備輸出的實際功率及線路潮流分別小于其運(yùn)行過程中的極限值。

2.2基于隱性故障下的CASCADE模型

采用CASCADE模型對隱性故障進(jìn)行風(fēng)險評估時，可假設(shè)電力系統(tǒng)中有N條相同的傳輸線帶有隨機(jī)初始電力負(fù)荷。因此，初始擾動值d會使電力系統(tǒng)中的相關(guān)元件產(chǎn)生故障，這些故障元件所帶電力負(fù)荷會按照電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力分配原則，將其科學(xué)轉(zhuǎn)移到其他相關(guān)設(shè)備元件中，形成連鎖電力故障。

所以，為了有效分析隱性故障下繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性，在模型風(fēng)險評估過程中，需要使上述兩大模型滿足如下線性約束條件：

第一，評估電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓是否已嚴(yán)重超限。第二，評估電力系統(tǒng)是否發(fā)生解列或負(fù)荷孤立現(xiàn)象。

第三，評估、核實電力系統(tǒng)是否出現(xiàn)跳閘事故。

綜上可知，電力系統(tǒng)一旦出現(xiàn)隱性連鎖故障，將會導(dǎo)致電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置中的負(fù)荷被切除或電源設(shè)備相脫離。根據(jù)以上可靠性分析結(jié)果，本文最終得到隱性連鎖故障下的電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險模型。

在上述模型中：

連鎖故障指標(biāo)--Ri；

第i條線路引發(fā)連鎖故障的概率--Pevent；

第i條線路引發(fā)連鎖故障損失電源和負(fù)荷功率占總功率比值--Ievent；

發(fā)生連鎖故障的各條線路跳閘概率--Pj。

3　連鎖故障風(fēng)險

3.1連鎖故障風(fēng)險分析

連鎖故障所影響的系統(tǒng)元件種類非常多，而且范圍也非常廣，這是小間斷動態(tài)過程中沒有辦法預(yù)測的。一般情況下，如果電力系統(tǒng)線路的負(fù)荷過大，就會導(dǎo)致連鎖故障的發(fā)生，而且超負(fù)荷的輸電線路還會直接導(dǎo)致負(fù)荷幅度發(fā)生轉(zhuǎn)移，進(jìn)而造成整個電力系統(tǒng)的電源及線路跳停。通過分析之后我們發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)元件發(fā)生連鎖故障的相互作用非常明顯，主要作用過程如下，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的時候，元件基本上都帶有初始的負(fù)荷運(yùn)行，如果此時某一個元件超負(fù)荷發(fā)生故障了，那么其他電網(wǎng)中的原始電壓和功率也就會發(fā)生不同程度的改變，不僅喪失了元件應(yīng)有的功能，還會讓元件負(fù)荷直接轉(zhuǎn)移到正常的元件上，如果這時元件接收負(fù)荷過大，也會造成電網(wǎng)停止運(yùn)行。停止運(yùn)行所引發(fā)的后果就是電網(wǎng)癱瘓，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險評估

對電力系統(tǒng)連鎖故障的風(fēng)險進(jìn)行評估，首先要做的就是先確定好元件的停運(yùn)模型，然后再根據(jù)這一模型來選出電力系統(tǒng)的失效狀態(tài)。技術(shù)人員能夠根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)做出后果分析，這一分析的過程可以按照不同的研究系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計和規(guī)劃，在制定好相關(guān)的指標(biāo)之后，就可以構(gòu)建系統(tǒng)的風(fēng)險指標(biāo)并對其進(jìn)行指標(biāo)計算。

4　結(jié)語

通過對企業(yè)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，對繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障進(jìn)行研究時，不宜采用傳統(tǒng)電力系統(tǒng)可靠性建模方法進(jìn)行研究，而要建立更為系統(tǒng)的一次設(shè)備與二次設(shè)備電力系統(tǒng)模型，將其作為研究電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置隱性故障的關(guān)鍵工具，但是由于我們的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置具有某些缺陷，因此在運(yùn)行過程中具有風(fēng)險性與不穩(wěn)定性。與此同時，電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的隱性故障出現(xiàn)的具體成因具有一定的復(fù)雜性。因此，在對系統(tǒng)隱性風(fēng)險進(jìn)行評估時，需要綜合采用危害程度風(fēng)險評估法與危險等級風(fēng)險評估法，對電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)、全面評估，從而有效解決我國電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障問題。

［1］趙麗莉，李雪明，倪明，等.繼電保護(hù)與安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)隱性故障研究綜述及展望［J］.電力系統(tǒng)自動化，2014，38（22）：128-135.

［2］楊明玉，田浩，姚萬業(yè).基于繼電保護(hù)隱性故障的電力系統(tǒng)連鎖故障分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（09）：1-5.

［3］戴志輝，王增平，焦彥軍.基于動態(tài)故障樹與蒙特卡羅仿真的保護(hù)系統(tǒng)動態(tài)可靠性評估［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31（19）：105-113.

［4］熊小伏，陳飛，周家啟，等.計及不同保護(hù)配置方案的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008，（14）：105-113.

［5］王睿琛，薛安成，畢天姝，等.繼電保護(hù)裝置時變失效率估算及其區(qū)域性差異分析［J］.電力系統(tǒng)自動化，2012，（05）：89-90.

［6］沈曉凡，舒治淮，劉宇，等.2009年國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)裝置運(yùn)行統(tǒng)計與分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，（02）：106-107.

［7］董燁，陳鋼杰.特高壓輸電線路暫態(tài)電流故障分量的計算分析［C］//2007中國繼電保護(hù)及自動化行業(yè)年會論文集，2007.

［8］遠(yuǎn)樹平，楊智龍，盛四清.空充高壓長線路對高頻閉鎖負(fù)序方向保護(hù)的影響［C］//中國高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第二十四屆學(xué)術(shù)年會論文集（中冊），2008.

［9］高厚磊，劉益青，蘇建軍，等.智能變電站新型站域后備保護(hù)研究［C］//2012中國智能電網(wǎng)學(xué)術(shù)研討會論文集，2012.

Reliability and assessment points analysis of relay protection system with hidden fault

ZHOU Jing
(Xi'an Power Supply Bureau,Xi'an 710000,China)

As the first defense line to ensure the safe operation of the power system,the relay protection system plays an important role in preventing the occurrence of power failure and avoiding the disturbances of power system operation.In the background of this research,the reliability analysis and security risk assessment of the relay protection system of power enterprises are mainly discussed,so that the relevant safety management personnel can discover the potential safety hazards in relay protection devices.

Hidden fault;Relay protection system;Reliability;Evaluation

TM77

A

1674-8646（2016）19-0080-02

2016-09-19

周靜（1982-），女，助理工程師，學(xué)士。