電力系統變電站實時故障診斷技術

單志鵬，張美勇

（1.國網浙江省電力有限公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000；2.國網浙江瑞安市供電有限責任公司，浙江 溫州 325200）

電力系統的實際運行表明，大多數發生的故障都是功率開關的器件的損壞，最為常見的就是開關器件開路或者是直通。電力系統故障診斷的關鍵是提取故障的特征，故障特征的含義是指對于反應故障的征兆的信號經過處理后，就可以得到反映設備以及它的系統故障的種類以及部位和程度的綜合量。我們對電力系統進行故障診斷的目的主要是為了早期預防，提高對設備的管理水平，方便在出問題的時候進行檢修。此外，還可以縮短維修的時間，且對設備的設計制造水平的提升有一定的幫助，對設備使用率提高和改善產品品質質量都有很重要的指導意義。

1 電力系統概述

目前，對基于變電站故障診斷的分層分布式故障診斷系統正在進行研究。分層分布式故障診斷系統可對變電站故障進行實時檢測，并最終上傳檢測結果。該結果可作為電力系統故障診斷的輸入，故障診斷的過程可簡化，在一定程度上提高了故障診斷系統的響應速度。

變電站的實時故障診斷功能有以下2點：①該繼電器可用于保護動作信號和斷路器斷電后的跳閘信息；②利用變電站的實時故障電流和故障電壓進行故障診斷。

2 等值導納模型的故障診斷方案

當變電所內部出現故障時，變電站的實際導納突然發生變化，因為它是不一樣的。例如，變電站的總線I，j，k發生了變化，發生了小故障，則自己實際的導納YII，Yjj，YKK都會發生變化。如果變壓器發生故障，其實際的相互準入也會相應改變，但變壓器的等效導納矩陣不變。所以，有些電流由變壓器實時測量或計算電流，電流就不再相等了。因此，在以上分析的基礎上，可以判斷變電站存在一定的故障。

在使用變電站等效導納模型時，主要用于變電站故障診斷。一般情況下，基于等效導納模型的電流計算時間不應過長。此外，如果變壓器發生故障則很難區別，因為兩個變壓器都可能存在故障，也可能是變電站母線存在故障。主要原因是變電站等效導納矩陣的自導納和互導納可能發生變化。

3 故障的診斷方式

事實上，每個變電站都是電力系統網絡中包含部分節點的網絡割集。因此，在一般情況下，相應相電流的正常運行應符合切集電流的規律。所謂切集電流定律，就是變電站各相的所有輸出線路之和為0.因此，由于這一規律的發現，變電站的故障診斷是容易的。變電站網絡割集的所謂故障診斷方法是將整個變電站視為電網，作為網絡割集的幾個節點之一。因此，它是一種簡便的變電站故障診斷方法。當然，上述提到，如果變壓器故障不是一個很好區別的故障，因為兩個變壓器可能均存在故障，也可能是變電站母線故障，主要原因是變電站等效導納矩陣的自導納和互導納可能發生變化。因此，在面對這種情況時，應分別考慮變壓器和母線的故障診斷方法，加以區分。

4 網絡割集故障診斷的故障檢出方式

4.1 變電站故障的元件診斷與檢出

當變電站發生故障時，經檢查后，根據檢查結果，可以對故障元件進行檢測。在對上述故障進行檢查后，可以根據結果進行判別。如果這類故障是線型故障，可以用一種非常簡單的判斷線路故障的方法來確定故障的具體線路。由于所有的故障線路均有最大的電流，所以很容易判斷。如果遇到更加復雜的情況，可以使用最大故障電流測試方法來確定檢測到的故障功率的方向。由于故障啟動后很容易獲得最大勢壘電流，所以，故障線的檢測非常快速、簡單。

4.2 故障線路的診斷與檢出

一般情況下，變壓器和母線同時發生故障的概率不會被考慮，主要是因為其概率很小。因此，在變壓器故障中，沒有必要對母線進行計算。此時，變壓器故障檢測模塊檢測區域中有故障的差動電流，總線故障檢測模塊檢測區域外有故障的不平衡電流。當變電站母線發生故障時，變壓器故障是區域外的故障。因此，在這種情況下，可以達到相反的效果。在此基礎上，通常不調整故障檢測的動作值，當變壓器發生故障時，變壓器故障檢測模塊檢測該區域中故障的差動電流，總線故障檢測模塊檢測區域外故障的不平衡電流。此時，將出現“Icd，b》Icd，m=Ibp 樣”。

在傳統的變壓器差動保護中，一般采用過流制動原理。這是為了防止因區外故障而產生最大不平衡電流，進而導致可能的誤操作。但是，如果檢測到的電流很小，其靈敏度就不夠。對于小電流而言，一般存在于高電阻接地和開路匝間等。在電流較小的電路中，特別是當故障前通過的電流接近額定電流時，當故障電流很小時，無法檢測到故障，主要原因是電流太小、制動電流太小，根本無法實現。因此，在變電站網切電流故障診斷中，一般不需要考慮不平衡電流區域以外的故障，且不需要調整故障檢測的動作值。所以對于變壓器及母線故障的診斷，故障檢測動作的靈敏度大幅提升。

變壓器差動保護變壓器和零序電流保護在早期都是電流型保護。變壓器差動保護為變壓器的主保護，避免動作與線間（相間）故障。零序電流保護是過電流保護，它是作為變壓器的接地保護存在。變壓器的差動保護很穩定，主要是由于變壓器勵磁電流（激磁電流）僅流經變壓器的某一側，因此，通過電流互感器反應到差動回路中將形成不平衡電流。穩態運行時，變壓器的勵磁電流不大，只有額定電流的2%～5%.在差動范圍外發生故障時，由于電壓降低，勵磁電流減小。所以，這兩種情況下所形成的不平衡電流都很小，對變壓器的差動保護影響不大。

5 結束語

對于電力系統變電站的實時故障診斷技術，實質上就是變電站的網絡割集電流的故障的診斷方式。它是一種綜合的診斷方式，能夠在整個變電站發生實時故障時，根據故障的信息識別故障的類型以及故障原件，從而完成它對整個變電站不同的電氣元件的故障診斷。此外，還可以利用故障信息實現對原有故障檢測的簡化，以至于在此基礎上獲得更好的故障診斷依據，達到優化提高的目的。