繼電保護(hù)隱性故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究

程小強(qiáng)

(國網(wǎng)長沙縣供電公司 湖南 長沙 410000)

繼電保護(hù)隱性故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究

程小強(qiáng)

(國網(wǎng)長沙縣供電公司 湖南 長沙 410000)

繼電保護(hù)系能夠正常履行保護(hù)區(qū)安全職責(zé)是電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵，但相關(guān)研究結(jié)果顯示，75%的大規(guī)模停電事故與繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)的誤動(dòng)作相關(guān)，這種不正常動(dòng)作即是所謂的繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障，這種故障可定義為保護(hù)區(qū)中存在的一種永久性缺陷，是造成電力系統(tǒng)失穩(wěn)并解列的重要原因。本文主要從造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作的原因入手，闡述了繼電保護(hù)隱性故障的辨識(shí)技術(shù)，最后提出了繼電保護(hù)隱性故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的應(yīng)用，期望能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)停電風(fēng)險(xiǎn)的全面控制和評(píng)估。

繼電保護(hù);隱性故障;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

一、引言

繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱性故障會(huì)造成一系列系統(tǒng)故障或連鎖故障，已成為電力災(zāi)難發(fā)生的重要原因之一。從大量電網(wǎng)故障發(fā)生實(shí)踐中可以看出，隱性故障具有一定的隨機(jī)性，其所造成的后果是難以預(yù)防的，為此有必要開展繼電保護(hù)隱性故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與識(shí)別技術(shù)研究，在深入分析系統(tǒng)運(yùn)行中存在的隱性故障后，結(jié)合系統(tǒng)各項(xiàng)特點(diǎn)和運(yùn)行實(shí)際，制定隱性故障識(shí)別與診斷方案，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行故障的嚴(yán)重性程度，安排與調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行檢修工作，以形成系統(tǒng)性、針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與處理機(jī)制。

二、繼電保護(hù)誤動(dòng)作分析

在繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行中，造成系統(tǒng)誤動(dòng)作的原因包括:

①由于通信信道出現(xiàn)異常而產(chǎn)生不正常動(dòng)作;②因繼電器元件或繼電器局部出現(xiàn)故障而產(chǎn)生不正常動(dòng)作;③因保護(hù)設(shè)置不合理而出現(xiàn)誤動(dòng)作;④由于設(shè)計(jì)不合理或回路連接錯(cuò)而誤動(dòng);⑤由于繼電保護(hù)系統(tǒng)的維修、測(cè)試與安裝等工作未按照規(guī)范進(jìn)行而引起誤動(dòng);⑥所采用的保護(hù)方案不合理而導(dǎo)致不正常動(dòng)作產(chǎn)生。

電力系統(tǒng)局部的保護(hù)范疇由保護(hù)區(qū)限定，保護(hù)區(qū)即是在電力系統(tǒng)單線圖上虛擬邊界所顯示的區(qū)域，保護(hù)區(qū)域面積的大小與保護(hù)裝置的整定值選取相關(guān)。故在對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估的過程中應(yīng)考慮到保護(hù)裝置的輔助系統(tǒng)、整定值及保護(hù)范圍。

對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)來說，在線路保護(hù)系統(tǒng)中存在的隱性故障是影響系統(tǒng)安全運(yùn)行的主要陰虛，主要原因在于其所引起的跳閘故障會(huì)逐步弱化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響了事故后潮流分布的均衡性。

三、繼電保護(hù)隱性故障辨識(shí)技術(shù)

(一)裝置在線監(jiān)測(cè)

在斷電保護(hù)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，利用現(xiàn)代通信技術(shù)對(duì)斷電裝置的各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行采集、分析與處理，在明確不存在潛在故障的前提下，結(jié)合裝置運(yùn)行狀態(tài)信息開展確定性隱性故障測(cè)量工作。比如配置錯(cuò)誤、硬件障礙等屬于確定性隱性故障;光強(qiáng)下降、電源電壓下降等屬于不確定性隱性故障。

(二)SCD全模型建筑

在繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)描述與評(píng)估過程中，利用SCD全模型建模可對(duì)二次虛回路模型與GOOSE報(bào)文進(jìn)行匹配，結(jié)合物理聯(lián)接、邏輯鏈路映射及功能回路三者之間的關(guān)系，將保護(hù)二次系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出來。

(三)定值與錄波數(shù)據(jù)

定值與錄波數(shù)據(jù)主要用于判斷定值是否合理以及其中是否存在安全隱患;在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，PF特性信號(hào)是處于實(shí)時(shí)變化狀態(tài)的，這種情況極易造成保護(hù)功能失效，故需在某一概率條件下對(duì)造成該現(xiàn)象的因素進(jìn)行明確。

四、繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

(一)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)質(zhì)上是一項(xiàng)系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析工作，在不同的運(yùn)行模式下，數(shù)據(jù)獲取方式、故障特征、故障種類、決策者需求等也存在差異，利用量化手段對(duì)其中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行處理，即是事件發(fā)生后果與事件概率之間相乘的結(jié)果。

對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)隱性故障來說，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括性能 (某一故障的嚴(yán)重性)和頻率 (某一故障發(fā)生的或然性)這兩個(gè)方面的工作內(nèi)容，結(jié)合故障發(fā)生的嚴(yán)重性程度和或然性，可計(jì)算出該故障嚴(yán)重性期望值和概率期望值，而這兩個(gè)值的乘積即是該故障所造成風(fēng)險(xiǎn)的量化表示。在確保電力系統(tǒng)可靠性及其元件性能均滿足基本要求的前提下，可用安全性和充裕性來表達(dá)電力系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的實(shí)際承載能力和承受能力，其中安全性是指所能承受外界不良因素干擾的能力;充裕性是指在額定要求下電力系統(tǒng)的實(shí)際承載能力。

電力系統(tǒng)可靠性的計(jì)算公式為:

上述公式中:E表示電力系統(tǒng)可靠性的期望值;Xi代表第i種運(yùn)行狀態(tài);P(Xi)表示分布函數(shù)概率統(tǒng)計(jì);F表示電力系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。

(二)輸電斷面分析

在某一特定基態(tài)潮流下，輸電斷面應(yīng)滿足的條件包括有功潮流方向相同和電氣距離相近。在大電網(wǎng)算例中，為了方便隱性故障嚴(yán)重程度的計(jì)算，需作出以下假設(shè):假設(shè)線路所發(fā)生的故障均為三相短路故障;三相短路年故障率為0.1;某一隱性故障線路在發(fā)生三相短路故障時(shí)，退出運(yùn)行的概率為0.01;采用光纖差動(dòng)保護(hù)。相關(guān)計(jì)算公式為:

(2)公式中:TCS(Ei，Xi，j)表示隱性故障嚴(yán)重程度，本文將其引申為輸電斷面功率變化比率絕對(duì)值;P0表示在系統(tǒng)正產(chǎn)運(yùn)行中，某一輸電斷面所有線路輸送功率的和;Pk表示線路i、j被切除后，某一輸電斷面所有線路輸送功率的和。

(三)仿真計(jì)算

①輸電斷面所處的地理位置不同，其存在的隱性故障風(fēng)險(xiǎn)也有所不同，一般情況下，處于重要位置的輸電斷面出現(xiàn)隱性故障的可能性較大，隨之風(fēng)險(xiǎn)較高;②繼電保護(hù)系統(tǒng)在正常運(yùn)行過程中，所傳送的輸電斷面容量越大，其所出現(xiàn)隱性故障的幾率就越高、風(fēng)險(xiǎn)則越大;③繼電保護(hù)系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，針對(duì)傳送容量相差不多的多組輸電斷面，其出現(xiàn)隱性故障的規(guī)律為:包含線路多的輸電斷面，其隱性故障風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

本文通過MATLAB基于IEEE－118標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng) (該系統(tǒng)包含54臺(tái)、186條線路和118個(gè)節(jié)點(diǎn))進(jìn)行仿真驗(yàn)證。根據(jù)支路數(shù)，將該系統(tǒng)平分為三個(gè)區(qū)域:區(qū)域l(支路l－62)、區(qū)域2(支路63－124)、區(qū)域3(支路125－186)，每個(gè)區(qū)域環(huán)境情況各不相同，區(qū)域l和2的環(huán)境狀況服從自由度不同的卡方分布，區(qū)域3的環(huán)境狀況服從指數(shù)分布。

對(duì)系統(tǒng)開展精確隱性故障模型評(píng)估，結(jié)果顯示32線路是風(fēng)險(xiǎn)最高的線路，主要原因在于:①線路32所處區(qū)域的平均環(huán)境情況最惡劣，導(dǎo)致該區(qū)域保護(hù)發(fā)生隱性故障概率上升;②線路32兩端母線分別連接著有功功率不同的發(fā)電機(jī)，一旦線路32斷線，就會(huì)導(dǎo)致相鄰線路潮流大范圍的變化，從而造成連鎖性的隱性故障。

五、結(jié)語

從上文所述內(nèi)容得知，對(duì)于電力系統(tǒng)來說，繼電保護(hù)隱性故障是造成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性破壞或大面積停電事故的第一塊“多米諾骨牌”，再加上其隨機(jī)性較強(qiáng)，會(huì)形成一系列惡化結(jié)果。故在實(shí)際工作中，應(yīng)將裝置在線監(jiān)測(cè)、SCD全模型建模等方法與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)結(jié)合起來，構(gòu)建出完善的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，進(jìn)而降低電力系統(tǒng)連鎖故障的發(fā)生幾率。

［1］薛士敏，孫文鵬，高峰，等.基于精確隱性故障模型的輸電系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2016，40(4):1012－1017.

［2］丁明，朱自強(qiáng)，張晶晶，等.保護(hù)隱性故障及其對(duì)電力系統(tǒng)連鎖故障發(fā)展影響 ［J］.高電壓技術(shù)，2016，42(1):256－265.

［3］周培強(qiáng)，周孟然，謝穎，等.基于三參數(shù)Weibull分布的繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可靠性研究［J］.工礦自動(dòng)化，2016，42(8):56－61.

程小強(qiáng) (1987－)，男，碩士研究生，工程師，主要從事繼電保護(hù)工作。