水電廠繼電保護隱藏故障診斷方法研究

摘要：水電廠擔負著電力系統的調峰調頻任務，對電力系統的穩定運行具有舉足輕重的地位，水電廠繼電保護隱藏故障將導致繼電保護系統不正確的切除電路元件，并有可能造成其它保護裝置相繼錯誤動作，造成連鎖事故，嚴重威脅電力系統的安全運行。本文主要闡述水電廠繼電保護隱藏故障的概念、特征和原因，主要研究基于繼電保護測量值相關性原理的繼電保護隱藏故障診斷方法。

關鍵詞：水電廠；繼電保護；隱藏故障；診斷；方法

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

水電廠擔負著電力系統的調峰調頻任務，對電力系統的穩定運行具有舉足輕重的地位，繼電保護系統隱藏故障是造成水電廠機組事故的主要原因之一。因此，研究水電廠繼電保護隱藏故障的診斷方法，提升繼電保護可靠性，對水電廠機組的安全穩定運行意義重大。

1繼電保護隱藏故障的概念

水電廠繼電保護隱藏故障被定義為保護系統中的永久缺陷，此缺陷將導致繼電保護系統不正確的切除電路元件，并有可能造成其它保護裝置相繼錯誤動作，造成機組停機事故。隱藏故障在系統正常運行時故障現象并不明顯，很難被發現，嚴重威脅水電廠機組的安全運行。

2繼電保護隱藏故障的特征

在水電廠機組正常運行時，隱藏故障并不會使機組表現出異常，對水電廠機組幾乎沒有影響。但是，由于水電廠機組出力發生變化或者電力系統出現故障時，如電網出現故障或過負荷等情況，隱藏故障就會被觸發從而導致保護系統誤動，更有甚者造成連鎖故障的發生。繼電保護系統中的硬件與軟件都有可能存在隱藏故障，例如 PT、CT、各種繼電器、通信通道及軟件設置錯誤等，就會威脅到水電廠機組的安全運行。

3繼電保護隱藏故障的原因

隱藏故障可能由很多原因引起，主要有兩類原因：

3.1定值整定不合理引起的隱藏故障。這種隱藏故障可能是由于整定值和校準的錯誤，或者整定不能滿足水電廠機組的全部運行方式引起的。尤其是水電廠接線或者機組容量改變時，而保護的整定值卻沒有做相應的修改，此時雖然繼電保護裝置能夠正常運行，但是由于不正確的整定仍然會存在隱藏故障。

3.2設備或元件故障引起的隱藏故障。如元件失靈、磨損或者因為環境和不正確的人為干涉引起的元件損壞等。這類故障可通過人為檢修發現，通過定期檢修可以減少該類隱藏故障的發生，但要杜絕此類故障的發生卻非常難。

4 基于繼電保護測量值相關性原理的繼電保護隱藏故障診斷方法

根據繼電保護的工作原理，研究對保護裝置的靜態特性和動態特性進行隱藏故障的診斷方法。重點研究靜態測量環節、動態測量環節及保護定值的分支系數合理性，利用繼電保護提供的豐富的信息，辨識出異常的測量信息，最終實現對保護裝置隱藏故障的診斷。

4.1基于保護測量值相關性的靜態隱藏故障監測方法

4.1.1靜態隱藏故障監測方法

水電廠各保護裝置輸入的采樣值信息都具有很強的相關性，利用這種相關性可以鑒別出保護裝置測量回路是否存在隱藏故障。對于變壓器的電氣量保護而言，通常都配備有基于電流信息的主保護，各保護裝置輸入的電流信息具有相關性。所以，診斷系統要求能夠獲得各保護裝置的實時采樣數據，并要求這些采樣數據在時間上具有同步性，確保保護定值的準確性。

4.1.2繼電保護裝置測量回路的隱藏故障分析

水電廠繼電保護裝置測量回路由互感器、連接電纜、端線、變換器、模擬低通濾波器，采樣保持電路、多路模擬開關、模/數轉換電路等組成。若測量回路中任何一個環節出現故障，都將使保護裝置獲取不到正確的電網運行信息，有可能導致保護裝置做出錯誤的判斷，造成保護誤動。

4.2基于保護測量值相關性的動態隱藏故障監測方法

4.2.1基于保護測量值相關性的保護動態測量環節的隱藏故障診斷方法

在水電廠保護系統中，電氣接線中相鄰元件間的保護裝置在功能上是互相補充的，各保護裝置根據自身獲取的測量值信息做出邏輯判斷，根據自身獲取故障信息的差異，從而做出不同的動作結果，保證了保護動作的選擇性，因此保護裝置的故障測量值正確與否是保護正確動作的關鍵。

4.2.2保護啟動時測量值的相關性原理

對于同一故障信息，線路保護裝置的測量值之間具有相關性，這種相關性與繼電保護裝置的保護原理有關，也與不同保護裝置之間的電路結構有關。保護裝置進入動態特性時進行的，因此它不但能夠對保護的隱藏故障進行診斷，同時還可對保護動作時的中間動態過程進行有效監視，能夠為分析保護性能提供依據。

4.2.3保護起動時的計算測量環節的隱藏故障分析

計算測量環節是把采集的故障數據進行集中處理，所涉及的元件主要是測量回路和測量計算元件等，是對這些元件進行隱藏故障的監測是避免該環節出現隱藏故障的關鍵。

4.3不同地點繼電保護測量值的相關性

水電廠機組在正常運行時，由于電力系統出現擾動，保護裝置不啟動，其測量環節僅計算電流、電壓的幅值和相位，甚至僅做數據采集和起動判斷而并不計算任何電氣量。靜態特性是指繼電保護裝置在未滿足啟動條件時，僅進行測量計算而不進行邏輯比較和跳閘出口環節，此環節涉及的硬件設備有互感器測量回路、連接電纜、端線、繼電保護前置處理電路、采樣及采樣值計算等。正常運行時，存在于該環節的隱藏故障可能并不會馬上表現出來，也不會造成保護誤動作，但系統運行壓力變大時，如一次電流增大或保護區外故障，此類隱藏故障將被激活，將導致繼電保護誤動或者拒動。因此，為避免此類故障的發生，應注意此類隱藏故障的監測。

結語

綜上所述，分析水電廠繼電保護隱藏故障的原因，結合繼電保護工作特性與保護整定值的分支系數是否合理分別展開對繼電保護隱藏故障的探討。通過分析繼電保護裝置的靜態特性，提出針對保護裝置測量回路異常的診斷判據及診斷方法。在分析保護動態特性的基礎上，提出保護啟動時計算測量環節的動態隱藏故障診斷判據。通過研究水電廠繼電保護隱藏故障的診斷方法，可以有效地提高水電廠繼電保護故障的處理能力，確保水電廠機組的安全運行。

參考文獻

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