隱性故障的繼電保護系統可靠性與評估要點分析

周靜

（西安供電局，西安710000）

隱性故障的繼電保護系統可靠性與評估要點分析

周靜

（西安供電局，西安710000）

作為保證電網安全運行的第一道防線，繼電保護系統在防止電力故障發生及避免電力系統運行擾動方面具有重要作用。在此研究背景下，重點針對電力企業繼電保護系統進行可靠性分析及安全風險評估，以便相關安全管理人員能夠及時發現企業電力系統繼電保護裝置中存在的安全隱患。

隱性故障；繼電保護系統；可靠性；評估

電力工程是促進我國國民經濟快速發展的重要保證。隨著人們用電整體需求的不斷增加，電力系統的規模也在不斷進行擴展，與此同時，電網運行的復雜程度也逐漸提高。在提升經濟效益的過程中，對隱性故障下的繼電保護系統進行可靠性與安全性評估十分重要。特別是當前我國電力企業的繼電保護系統在運行裝置及運行原理方面與過去相比，發生了很大變化。因此，電力系統受環境影響及元件設備影響、定值整定錯誤影響等，使繼電保護裝置不可避免存在不同類型的隱性故障。

1　繼電保護系統的隱性故障理論分析

通常情況下，繼電保護系統的電力隱性故障在電力系統相關設備穩定運行過程中不會對其造成嚴重影響，但當企業電力系統相關設備組件發生變化時，就會觸發相關的隱性故障，從而使整個電力系統產生連鎖運行故障。由于電力系統相關組件結構具有一定的復雜性，因此這種隱性風險很難被及時發現，一旦電力系統中出現運行故障，就會導致電力系統潮流重新分配。在此過程中，可能導致電力系統中帶有隱性故障的保護裝置產生誤動作，同時也使電力系統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的各個環節當中。

一般而言，電力系統中隱性故障的發生主要有兩方面原因：

一是電力系統中相關設備的定值或軟件設置參數值發生錯誤，且繼電系統的保護原理及動作邏輯對系統中的隱性故障判斷與適應能力不足。

二是電力系統繼電保護裝置中的測量元件及通信系統、保護裝置、測量回路等發生故障，從而使繼電保護拒動或誤動。

繼電保護系統隱性故障具體表現形式。通過研究發現，繼電保護系統中的隱性故障主要有兩種表現形式：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出現故障，因此繼電保護裝置無法將其中的運行故障清除；而系統意外跳閘是指電力系統中沒有故障出現及保護區外發生故障時系統產生誤跳閘現象。對于系統操作失敗情況而言，當系統故障產生后，系統中的故障線路會通過后備保護而有效切除，但多次顯示操作失敗可能導致系統中的運行故障范圍不斷擴大。對于自發性意外跳閘現象而言，其會導致大范圍停電，這不僅與系統中的隱性故障相關，且與系統運行條件相關。因此，結合這一原理，本文將對隱性故障下的繼電保護系統可靠性與安全風險進行評估。

2　基于隱性故障下的繼電保護系統可靠性與風險評估

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，其原理是利用標準線性規劃方法求解電力系統運行過程中的功率調度問題。這一主要模型優化的目的是確保隱性故障價值函數最小化。因此，在此模型評估過程中，需要保證其滿足一定的條件，即在實現功率平衡及負荷節點不注入功率的前提下，確保電力系統發電機設備輸出的實際功率及線路潮流分別小于其運行過程中的極限值。

2.2基于隱性故障下的CASCADE模型

采用CASCADE模型對隱性故障進行風險評估時，可假設電力系統中有N條相同的傳輸線帶有隨機初始電力負荷。因此，初始擾動值d會使電力系統中的相關元件產生故障，這些故障元件所帶電力負荷會按照電力系統繼電保護電力分配原則，將其科學轉移到其他相關設備元件中，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系統運行的可靠性與安全性，在模型風險評估過程中，需要使上述兩大模型滿足如下線性約束條件：

第一，評估電力系統節點電壓是否已嚴重超限。第二，評估電力系統是否發生解列或負荷孤立現象。

第三，評估、核實電力系統是否出現跳閘事故。

綜上可知，電力系統一旦出現隱性連鎖故障，將會導致電力系統繼電保護裝置中的負荷被切除或電源設備相脫離。根據以上可靠性分析結果，本文最終得到隱性連鎖故障下的電力系統運行風險模型。

在上述模型中：

連鎖故障指標--Ri；

第i條線路引發連鎖故障的概率--Pevent；

第i條線路引發連鎖故障損失電源和負荷功率占總功率比值--Ievent；

發生連鎖故障的各條線路跳閘概率--Pj。

3　連鎖故障風險

3.1連鎖故障風險分析

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

3.2電力系統連鎖故障風險評估

對電力系統連鎖故障的風險進行評估，首先要做的就是先確定好元件的停運模型，然后再根據這一模型來選出電力系統的失效狀態。技術人員能夠根據系統的狀態做出后果分析，這一分析的過程可以按照不同的研究系統來進行設計和規劃，在制定好相關的指標之后，就可以構建系統的風險指標并對其進行指標計算。

4　結語

通過對企業繼電保護系統進行分析發現，對繼電保護系統的隱性故障進行研究時，不宜采用傳統電力系統可靠性建模方法進行研究，而要建立更為系統的一次設備與二次設備電力系統模型，將其作為研究電力系統繼電保護裝置隱性故障的關鍵工具，但是由于我們的電力系統繼電保護裝置具有某些缺陷，因此在運行過程中具有風險性與不穩定性。與此同時，電力系統中繼電保護裝置的隱性故障出現的具體成因具有一定的復雜性。因此，在對系統隱性風險進行評估時，需要綜合采用危害程度風險評估法與危險等級風險評估法，對電力系統的運行穩定性進行科學、全面評估，從而有效解決我國電力系統中繼電保護系統隱性故障問題。

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

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

［3］戴志輝，王增平，焦彥軍.基于動態故障樹與蒙特卡羅仿真的保護系統動態可靠性評估［J］.中國電機工程學報，2011，31（19）：105-113.

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

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

［6］沈曉凡，舒治淮，劉宇，等.2009年國家電網公司繼電保護裝置運行統計與分析［J］.電網技術，2011，（02）：106-107.

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

［8］遠樹平，楊智龍，盛四清.空充高壓長線路對高頻閉鎖負序方向保護的影響［C］//中國高等學校電力系統及其自動化專業第二十四屆學術年會論文集（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研究［C］//2012中國智能電網學術研討會論文集，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，學士。