電力系統繼電保護隱性故障的危害和監控

摘要：本文闡述了電力系統繼電保護隱性故障的概念和危害，并通過對其特點的分析，提出了有效的監控方法，從而減少隱性故障及其所導致的大面積故障的發生率。

關鍵詞：電力系統 繼電保護 隱性故障

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0097-01

隨著我國電力事業的不斷發展，電力系統的不斷擴大，對電力系統繼電保護的要求也越來越高，然而繼電保護中存在著不可避免的隱性故障，對電力系統造成很大影響，甚至導致系統發生重大事故。

1 隱性故障的概念

所謂電力系統繼電保護的隱性故障，是指在系統正常運行時對系統沒有影響且無法發現，而當電力系統異常或發生故障時，才會對電力系統產生危害的故障。這種故障往往現象不明顯，卻具有很大的危害。在繼電保護系統中，電壓互感器、電流互感器、接線片、連接器、各種繼電器、通信通道等元件，都有可能存在隱性故障。它的存在并不是意味著繼電器本身的設計有問題、所選用的繼電器不適當或者校準有錯誤。隱性故障不會使繼電器立刻動作，而是當系統由于某些干擾而引起繼電器或控制元件誤動作時，才可以被監測到。例如在故障發生時或者故障發生后瞬間、低電壓、過負荷以及其他開關事件發生后等情況時，電力系統處于壓力狀態，隱形故障將顯現出對系統的影響，這是隱性故障的最大特征，也是它最危險的方面。

2 隱性故障的危害

隱性故障的觸發，往往發生在電力系統發生故障而繼電器正確切除故障之后，因為此時電力系統潮流會重新分配，從而使帶有隱性故障的繼電器誤操作或拒動，而別的保護系統也可能存在隱性故障，系統就會更加不穩定，造成大面積故障的發生，這種大面積故障會導致惡劣的后果。

隱性故障引起電力系統大面積故障都要經歷一定的發展過程。在初始階段，電力系統因為一些無法預知的事件而處于非正常狀態下，此時系統中許多設備可能都處于運行極限，由于實時監測不完備，或者值班人員對系統運行狀況估計不準確等原因，可能對于目前的非正常狀態毫無察覺。在這種情況下，一旦某處發生故障，就有可能引起連鎖反應，最終電力網有可能被分割成獨立的過負荷區和過發電區，過負荷區最后崩潰導致大面積的停電，而過發電區則有可能導致發電設備損壞。

從上述隱性故障的危害可見，對電力系統繼電保護的隱性故障進行分析和研究，實現對它的監測和控制具有十分重要的意義。

3 隱性故障的評價分析

對于整個電力系統繼電保護而言，不同的隱性故障所引起的危害程度有可能是不同的。隱性故障對于系統的危害程度通常用兩個指標來衡量，即易損區域和易損指數。根據易損區域所在位置和影響的嚴重程度，來決定對哪些隱性故障采取相應的監測和控制。

3.1 易損區域及其確定

3.1.1 易損區域的概念

每一種隱性故障都有其相應的易損區域。如果故障發生的地點距離存在隱性故障的繼電器很近的區域，該區域中含有隱性故障的繼電器則會受到故障的影響，這個區域就是易損區域。如果電力系統在易損區域出現異常，該區域的隱性故障將引起繼電器誤動，進而引起新的異常，這樣下去，會引發一系列的隱性故障。

3.1.2 易損區域的確定

確定易損區域是非常重要的，因為它是解決電力系統整個故障的關鍵，更是消除隱性故障的根本。由于繼電器存在隱性故障，在繼電器或繼電器組所保護的某區域內，只要電力系統發生故障，該繼電器或繼電器組就會產生誤操作，則可確定該區域為易損區域。檢測易損區域中繼電保護方案的輸入信號有兩類：即距離阻抗和電流幅值。例如電流繼電器易損區域的確定，可以在對其輸入故障電流的情況下，找出繼電器不動作的區域，這些不動作區域之外的部分即為電流繼電器的易損區域。

3.2 易損指數

3.2.1 易損指數的概念

衡量隱性故障對電力系統的危害程度的另一個指標是易損指數。根據每個區域的相對重要性，給它們分配優先權或者受損等級，通常用易損指數來表示。易損指數反映的是電力系統發生故障時的穩定性，易損指數高，則表明系統的穩定性差；反之，易損指數低，則表明系統的穩定性好。

3.2.2 易損指數的確定

在電力系統發生故障時，如果能夠對這些故障進行實時分析，就可以確定它們所在區域的易損指數。但是，電力系統的故障是很復雜的，而模擬小概率事件又相當困難，它涉及到非常大量的計算工作，因此，很難對大型電力系統中的故障進行系統的分析。為了克服這一困難，可采用重要性采樣技術，對故障概率進行變換，模擬小概率事件頻繁地發生，以便對其產生的影響進行分析。通過這樣的方法，列出隱性故障影響的嚴重性，按順序劃分隱性故障的級別，就可以得出易損指數。對易損指數的衡量，通常可用負載﹑暫態穩定性或者電壓崩潰等指標來描述。

通過以上易損區域和易損指數的確定，可以找出易損指數高的區域，通過檢查其隱性故障狀態，推導出隱性故障導致大規模嚴重故障的可能性，從而確定對它實施監控。

4 隱性故障的監控

隱性故障監控系統，可以應用于變電站，控制易損指數高的繼電器。隱性故障監控系統接收到的信號輸入與具有易損指數高的繼電器所接受的信號相同，即復制該繼電器的算法和功能。隱性故障監控系統的輸出信號和傳統的繼電器的輸出以某種適當的邏輯方式關聯起來，用來監督傳統繼電器的輸出。當監控系統的決策和傳統繼電器的決策不同時，不允許跳閘。例如分析過電流繼電器，考慮其隱性故障的可能性就是考慮它的方向性。其原理是監控系統接收來自傳統繼電器的運行和極化信號，進行方向計算，其輸出與傳統繼電器的輸出串聯，只有兩者方向相同時，保護才可以動作。通常繼電保護的隱性故障，均與故障檢測、方向判斷、距離測量、計時功能等繼電器性能相關，以及與電流互感器和電壓互感器的輸入相關，但是沒有必要監測系統中所有的繼電器，可以事先鑒別出對系統可靠性有最嚴重危害的線路和母線，在其上增加適當的數字式設備，提供必要的監測和控制。

目前我國所使用的比較先進的保護設備，主保護裝置均具有自診斷功能，對于裝置的一些異常情況都能進行在線監測。更關鍵的問題是必須加強設備管理，嚴格執行規章制度，做到設備維護、檢修到位，維修人員工作到位，詳細記錄設備的所有細微變化，對運行設備的變化情況進行比對分析，及時找出存在的隱性故障，有針對性的進行處理，盡量降低隱性故障帶來的危害。

隨著計算機技術和人工智能的發展，在許多繼電保護系統中，可通過自我檢測和自我監控的能力，加上具有改變整定值、或是修正控制邏輯、或是修正跳閘邏輯的自適應特性，對隱性故障進行監測和控制，避免電力系統和電氣設備的大規模故障或事故。

綜上所述，克服電力系統繼電保護的隱性故障的關鍵，是確定易損區域及易損指數，應用先進的保護技術有針對地進行監控防治，從而保證電力系統的正常運行。