基于故障錄波信息的輸電線路繼電保護內(nèi)部故障在線檢測探索

王喜燕　潘秋萍　郭麗娜

摘 要：基于故障錄波信息的輸電線路繼電保護故障在線檢測提出了一種方法，并對故障錄波裝置的啟動方式進行了分析，將故障錄波裝置記錄的動態(tài)信息作為了故障檢測的途徑，并利用實例說明了此種方法實施的有效性。

關(guān)鍵詞：繼電保護；內(nèi)部故障；在線故障檢測；故障錄波信息

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.075

繼電保護是保證電力系統(tǒng)正常運行的基礎，對電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展的意義重大。現(xiàn)階段，繼電保護裝置中故障檢測的方法較落后，主要利用固定化程序或離線抽樣檢測方式完成。但這樣無法保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，必須利用一種新型的方法完成檢測。本文主要在故障錄波裝置啟動方式的基礎上，實現(xiàn)了輸電線路中保護裝置內(nèi)部故障的在線檢測，以期為電力系統(tǒng)的安全運行提供參考。

1 電網(wǎng)故障信息檢測方法探索

1.1 故障錄波信息的動態(tài)特性

故障錄波信息是有電力系統(tǒng)發(fā)生故障后系統(tǒng)在動態(tài)作用下記錄的各項用電參數(shù)，利用這些參數(shù)可及時分析繼電保護和自動裝置存在的問題。在實際檢測中，該檢測方法易出現(xiàn)誤動和拒動兩種行為。

針對保護裝置在運行狀態(tài)下不易暴露的特點，可以利用動態(tài)信息回放詳細記錄保護裝置發(fā)生的動態(tài)變化，并記錄保護裝置前后變化信息，展現(xiàn)運行過程中繼電保護系統(tǒng)的內(nèi)部動態(tài)信息。

1.2 電網(wǎng)常規(guī)故障檢測技術(shù)的特點

現(xiàn)階段，電網(wǎng)故障信息的檢測主要對廣域測量系統(tǒng)的異常數(shù)據(jù)、故障錄波信息分析和繼電保護管理細細系統(tǒng)進行故障識別和分析。目前，很多故障錄波系統(tǒng)只有在發(fā)生較大的變化時才會錄波，無法滿足時段檢測的需求，且內(nèi)部未建立完善的判斷機制，無法完成內(nèi)部故障檢測。而使用WAMS可以詳細記錄發(fā)電機的電壓和傳輸功率等的變化，并發(fā)現(xiàn)擾動或振蕩；RPMIS可以在存在故障的環(huán)境中對保護裝置進行識別和記錄，從而幫助電力系統(tǒng)完成應用。

2 繼電保護故障檢測

2.1 監(jiān)測原理

當電力系統(tǒng)受到嚴重撞擊或碰撞時，繼電保護裝置中的端子、連接電纜、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)動模塊、儲存器都會發(fā)生誤動或拒動行為。現(xiàn)階段的檢測技術(shù)只能簡單完成一些程序邏輯錯誤和CT故障等的檢測。如果誤差增大，則無法精確掌握系統(tǒng)當前的運行狀況，難以發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部存在的故障。本次提出的新方法可以在系統(tǒng)運行中根據(jù)保護裝置的內(nèi)部信息和保護原理，在網(wǎng)絡拓撲不同位置的保護裝置中尋找某種關(guān)系，并利用其相互間的關(guān)系實現(xiàn)對內(nèi)部故障保護裝置的檢測。當保護裝置出現(xiàn)故障時，可以利用虛擬故障信息處理系統(tǒng)完成故障處理相關(guān)信息的歸納，并根據(jù)測量信息對保護裝置的內(nèi)部故障進行檢測，發(fā)送故障報告，判斷故障裝置。

將P1～P3作為線路配備的某種保護，內(nèi)部測量值表示采集電參數(shù)，比如P1（if，uf）距離保護P（ifuf）為測量電阻抗值，且為兩側(cè)電流采集的數(shù)值。如果P點發(fā)生短路故障，其他設置依然工作，則可以得到：

Pi（ifuf）=H（f）Pi （ifuf）+T（Pi，Pj）. （1）

式（1）中：i，j∈（1，2，3）；H（f）為故障點根據(jù)保護相對位置確定的方向函數(shù)；T（Pi，Pj）為保護測量數(shù)值之間對應的函數(shù)關(guān)系。

設備運行正常時，故障錄波裝置與保護裝置在同一電路位置獲得的電參數(shù)采樣值一致，可以將故障錄波測量值表示為 Pr（if，uf），從而得到：

|Pr（if，uf）-Pr（if，uf）| =△εR. （2）

式（2）中：i∈（1，2，3）；△εR為保護裝置和故障錄波裝置由測量元件產(chǎn)生的測量誤差。

對P1和P2的測量電流I（if，uf）進行了研究。由于P1與P2的電流方向一致，可以將H（f）取為1，T（Pi，Pj）取為0，得到I1（if，uf）=I2（if，uf）。在P2和P3位置測量了阻抗值Z（if，uf），由于此時故障在P2與P3之間，可以將H（f）取為-1，T（Pi，Pj）取為P2與P3之間的阻抗差值ZON，可以得到：

Z3（if，uf）=-Z2（if，uf）+ZON. （3）

利用上述方法計算時，必須滿足以下2個條件：①繼電器必須開放，保證裝置測量和計算的所有過程都能及時上傳，實現(xiàn)資源共享。此外，還應采用數(shù)字智能電子裝置。②故障錄波裝置的啟動方式必須不斷豐富，可以將故障錄波信息反映的內(nèi)部動態(tài)狀況作為判斷根據(jù)，為故障錄波提供自動啟動方式。此外，還可采用WAMS系統(tǒng)完成電網(wǎng)檢測識別，為故障錄波建立輔助啟動信號，實現(xiàn)RPMIS數(shù)據(jù)信息庫的共享，并對故障區(qū)域啟動周期性故障錄波。該方式可提供錄波裝置啟動所需的信息，從而實現(xiàn)對故障測試所需數(shù)據(jù)信息的保護。

2.2 監(jiān)測實例分析

根據(jù)上述分析建立的條件，可以實現(xiàn)繼電保護裝置內(nèi)部故障在線分析。輸電線路是故障點到保護地點距離的裝置，以其為例進行分析。根據(jù)系統(tǒng)的建立，對母線兩側(cè)的M和N裝置的保護裝置P1和P2進行了檢測。如果P點發(fā)生故障，則可以得到量測量Z1與Z2之間的關(guān)系，可表示為：

Z1=Z2+ZMN+εZ. （4）

式（4）中：ZMN為M和N位置的阻抗；εZ為容許誤差。

由式（4）可以得到兩側(cè)裝置的阻抗差值。兩側(cè)保護裝置乘以電流量IMN，可以得到：

△U=|U1-U2|=IMN·|ZMN+εZ|. （5）

此時，可以直接將電參數(shù)采集A/D轉(zhuǎn)化成數(shù)字量比較。此種狀況下，錄波裝置已經(jīng)啟動，可以得到M和N位置的電流參數(shù)采樣值。對保護裝置與故障錄入中的測量值進行對比，將故障錄入波裝置與裝置測量產(chǎn)生的誤差表示為△εZ，可以得到相對應的關(guān)系。報警電壓閥值的計算公式為：

△εU=KS·△εR. （6）

式（6）中：KS為靈敏系數(shù)。

根據(jù)上述分析可知，M和N兩側(cè)的保護裝置分析也可以應用于其他裝置保護。簡而言之，該計算方式不受距離的限制。當某裝置的故障并不符合上述情況，但依然出現(xiàn)拒動和誤動行為時，則必須對保護裝置之間的配合關(guān)系進行分析，并對跳閘命令的連接電纜、跳閘命令的端子等進行判斷。

3 結(jié)束語

本文研究的方法在故障和擾動情況下應用時，如果僅僅電網(wǎng)發(fā)生擾動，則保護裝置不會動作。此外，如果內(nèi)部流程進展一致，則可以對暫態(tài)信息進行跟蹤和檢測。本文主要提出了繼電保護內(nèi)部故障的在線檢測方法，根據(jù)目前電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行了分析和改進，并對此種方式進行了驗證，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

參考文獻

[1]翟進乾.配電線路在線故障識別與診斷方法研究[D].重慶：重慶大學，2014.

[2]楊帥雄.基于故障暫態(tài)分量的高壓輸電線路繼電保護方法研究[D].長沙：湖南大學，2011.

〔編輯：張思楠〕