電力系統繼電保護隱性故障探討

摘 要 本文就繼電保護隱性故障的定義、產生進行探討，并結合了保護裝置可能存在硬件、軟件故障和保護整定值不合理等隱性故障，研究了關于隱性故障的診斷和監測方法，同時還研究了智能電網發展對繼電保護隱性故障的影響。最后指出，在解決繼電保護隱性故障時應該注意技術手段和管理手段相結合。

關鍵詞 繼電保護 隱性故障 硬件故障 智能電網

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

繼電保護是電網安全運行的第一道防線，其自身的異常或者故障可能會導致電網一次系統錯誤運行，引起保護誤動或者拒動，造成電力系統損失，甚至造成大區域連鎖停電事故。例如，1994年12月和7月美國西部WSCC電網相繼發生大面積停電事故，2003年8月美、加大停電事故是有史以來最大的停電事故，2005年美國洛杉磯的“9·12”特大停電事故以及2007年紐約大停電事故等都給電網造成了巨大的損失，而這些事故都是繼電保護系統隱性故障造成的。我國計劃到2020年，將北部、中部、南部等區域電網互聯，屆時實現全國互聯電網。

1 繼電保護系統隱性故障定義

繼電保護隱性故障指保護系統的永久缺陷，此缺陷將導致繼電保護不能正確或不適當地切除電路元件，并且有可能造成其保護裝置相繼錯誤動作，造成連鎖停電事故。也可以認為隱性故障是保護系統可能存在的缺陷，它和一般故障的差別就在于這些缺陷不會使保護系統直接動作，在電網正常工作時是難以被發現的，只有在系統故障發生時才會顯示其對電力系統安全和穩定性的影響。電網正常運行時，隱性故障并不會影響電網，但當電網某些部分發生變化，電網出現故障或者負荷等情況，隱性故障就會被觸發從而導致系統保護誤動或者拒動，甚至造成連鎖故障。

2 繼電保護隱性故障產生

（1）由于不正確的整定引起的隱性故障。保護定值整定不當的原因主要有：①誤整定、誤管理和誤設置等人為因素造成的保護定值不當；②保護定值不具備自適應能力，不能適應電網結構和運行方式的改變。當電網潮流由于故障或者其他原因發生較大的轉移或變化時，保護定值不能夠及時進行相應的調整，尤其是后備保護，這樣就會使事故惡化，成為隱性故障。

（2）由于設備故障引起的隱性故障，包括軟件故障和硬件故障。軟件故障是指軟件系統隱含的故障，如程序邏輯錯誤、軟件版本錯誤、使用人員理解錯誤等，這不僅與生產廠商密切相關，也跟使用用戶單位有關，涉及軟件的開發、測試、維護和使用等。這既需要廠商嚴把質量關，也需要用戶單位提高重視、做好日常維護和管理工作。

硬件故障是指因為環境因素，如水解、氧化、熱解等原因使設備持續不斷地受到損壞致使硬件磨損、材料老化，或者是因為外部因素偶然發生變化引起的，如操作人員操作不當、惡劣氣候或環境等造成的硬件故障。

3 隱性故障重要性的評價

繼電保護隱性故障具有隱蔽性和危害性，正常運行時不易發現，在系統出現其他事件時才會顯現出來。但是，故障并不都具有相同的危害性，其對電力系統的重要性也不同。每個隱性故障都有其范圍，一般只有在其范圍內的故障發生時才會觸發隱性故障，通常用脆弱性區域和隱性故障嚴重性來描述隱性故障的危害程度。

隱性故障對電力系統的危害大小和隱性故障發生的位置是密切相關的。只有當電力系統在某個范圍內發生故障，才會觸發繼電保護隱性故障，引起保護裝置誤動。所有涉及到這種故障的區域就被稱為隱性故障的脆弱性區域。

脆弱性區域僅僅是考慮了隱性故障發生的概率，并沒有對隱性故障影響重要性進行分析。在研究每個脆弱性區域的重要性后，才能對他們進行優先級和靈敏性等級分析，以利于管理，經常用脆弱性指數來表示。通常，脆弱性指數由負載、暫態穩定性或者電壓崩潰等來描述。脆弱性指數可以通過電力系統發生事故時系統的穩定性或非穩定性來測量。

綜合脆弱性區域和脆弱性指數可以分析得出隱性故障對電力系統的重要性以及引起大規模嚴重事故 （下轉第125頁）（上接第101頁）的可能性，進一步可以分析各種可能性對系統的影響。并且可以依據這些列出隱性故障的重要性，劃分級別，對最嚴重的隱性故障實施單獨的監測和控制。

4 隱性故障監測

在得到繼電保護隱性故障的脆弱性區域和脆弱性指數后，可以知道危害性較大的保護裝置，從而對這些裝置進行重點監測以降低故障發生率。

目前的監控系統主要有微機保護中的一些簡單的自檢系統和定期的計劃檢修，但是不管是裝置的自檢功能還是系統的定期計劃檢修都屬于是離線式檢測。而繼電保護隱性故障只有在系統出現壓力的情況下才會出現，即隱性故障只有在系統運行中才會暴露出來。因此，這些傳統的離線式檢測方法并沒有考慮裝置在運行中的具體情況，并不適合于監測隱性故障。考慮隱性故障的存在特征，完善的檢測方法應該做到對保護裝置進行在線監測，才能在系統暴露隱性故障時，實時地發現其中的動作傾向，才能及時阻止保護誤動作或者拒動。

5 電網發展對隱性故障的影響

5.1 數字變電站對隱性故障的影響

數字化變電站是由智能化開關、智能化一次設備、網絡化二次設備分層構成，能夠實現變電站內部電氣設備信息共享和互操作的現代化變電站。

數字化變電站中隱性故障會出現一些新的特點，如數字化保護系統中必然會增加電子裝置和網絡化設備，在軟件和系統中隱性故障都會增加。然而，在數字化變電站中可以采集大量的數據信息，能夠監測各種異常狀況，能夠減少隱性故障的發生概率。針對數字化變電站可以提高數字化保護系統的可靠性和檢修狀態，從而減少隱性故障。

5.2 分布式發電對隱性故障的影響

隨著智能電網的發展，系統中分布式發電的接入也會增加，這就使得系統的運行方式和潮流在不斷變化中。但是，繼電保護的定值缺乏自適應能力，這就會照成定值引起的隱性故障增加。定值預警方法的在線應用能夠有效的克服定值隱性故障。在系統中加裝方向元件電流保護、距離保護或者是通信保護協調時，都會使得系統復雜化，相應的隱性故障類型和發生概率也會增加。

5.3 廣域保護對隱性故障的影響

未來電力系統中廣域保護將是一個重點發展方向，由于構成廣域保護的軟件和硬件、定值保護都會發生變化，隱性故障類型和發生概率也會發生變化。廣域保護要實現的保護功能比傳統保護系統豐富得多，軟件和硬件的范圍也會擴展，隱性故障造成的后果也會嚴重很多。廣域保護實現的保護和控制功能強大而復雜，各類算法和邏輯都比較復雜，當問題用軟件實現時，會給軟件開發等帶來巨大的困難和挑戰，伴隨著隱性故障出現的概率也會增加。廣域保護可以利用廣域信息，縮短了保護裝置主保護和后備保護間配合時間，減輕了后備保護的整定計算壓力，在一定程度上能都減少定值隱性故障的發生。

隨著智能電網的發展，隱性故障的類型和特點也會發生變化，要深入研究隱性故障特點，開發在線監測系統，以便降低隱性故障發生概率。

參考文獻

[1] 李再華，白曉民，丁劍，等.西歐大停電事故分析.電力系統自動化，2007(1).

[2] 李莉華，高凱，遲峰.美國紐約7·17停電事故調查與分析.中國電力，2007(5).

[3] 王勝濤.繼電保護隱藏故障監測方法研究.重慶大學碩士學位論文，2010.

[4] 龔永智.電力系統繼電保護事故原因及改進措施.中國新科技新產品，2011(1).

[5] 張雪松，王慧芳，黃曉明，陳曉東.繼電保護隱含故障探討.2011(32).