水電廠繼電保護隱藏故障診斷方法探析

國家電投五凌電力有限公司碗米坡水電廠 虎金富

水電廠在運行過程中應用繼電保護系統可有效提升水電廠整體運行的安全性及穩定性，因此相關工作人員需合理設計并運用機電保護系統。在水電廠實際生產運行的過程中，水電廠工作系統在正常運行的狀態下，其隱藏故障不會對整體機組的正常運行情況造成太大的影響。某電廠總裝機容量3×80MW，發變組為單元接線，由2回220kV出線接入系統，220kV母線為單母線不分段接線。上述系統出現一定故障的情況下，如負荷波動、電網故障等，會在短時間內觸發隱藏故障，進而導致水電廠保護系統出現錯誤動作的情況，還有可能產生一定的連鎖反應，影響水電廠的整體運行情況。

1 水電廠繼電保護隱藏故障的概述

1.1 水電廠繼電保護隱藏故障概念

繼電保護隱藏故障（HF）主要是指在水電廠設備運行中存在的永久性缺陷，其具有一定的隱形特點，因此也被稱之為隱性故障，但也只是相對于“顯性”而言。由于受到這種隱形缺陷的影響，在一定程度上導致繼電保護系統自身沒有辦法正確地對電路元件進行切除工作，進而出現電路元件切除錯誤的情況。由于其隱性特點，在正常進行工作過程中無法及時檢查出來，因此也導致其運行系統中的隱藏故障不易被發現。但當設備運行過程中發生某些條件時就會觸發保護系統隱藏故障，進而造成一系列的連鎖反應，這也對水電廠的運行生產產生了較大影響。相關方面技術專家及研究人員經多年探究，發現電力廠運行系統出現故障導致系統崩潰最主要的原因就是繼電保護隱藏故障。

繼電保護系統的主要組成有軟件、硬件兩個部分，但這兩個部分在運行的過程中都有可能出現隱藏故障，如說PT、CT、繼電器、通信通道及軟件設置錯誤等故障。且受到保護系統隱藏故障的影響，會直接對繼電器造成影響、即繼電器誤動作，但這種故障不一定是來自于繼電器本身的設計問題，因為一般的繼電器在設計不會存在故障，但也不能說明在應用繼電器的過程中存在應用問題或是校準存在問題，這種隱藏故障一般與繼電器的工藝特性以及運行環境存在一定的關聯性，且關系較為密切。

隱藏故障與顯性故障間存在一定差異性，最大的區別是隱藏故障不會直接造成水電廠運行系統立刻動作，一般只有當其他設備系統出現問題時才會被觸發。保護系統隱藏故障存在較多的特點，但其中最為突出的特點為只有當系統處于壓力狀態下才會被顯示出來，壓力狀態主要是指過負荷、低電壓等情況。

1.2 水電廠繼電保護隱藏故障特征

水電廠繼電保護隱藏故障具有隱藏性：這一特點是故障中最為顯著的特點，這個特征主要變現為在水電廠電力系統正常運行的狀況下并不會展現出任何錯誤動作，而且也對電力系統不會造成太大的影響，也不會電力系統造成任何傷害和損傷。

水電廠繼電保護隱藏故障具有連鎖性：這個特點主要表現為當水電廠的某一個部件出現故障的時候，繼電保護機制就會開始運行，進而引發繼電保護隱藏故障，簡單的來說就是繼電保護機制在運行中出現錯誤，將處于正常運行狀態下的電路元件進行切斷，而正常運行的電路元件停止工作會導致其他電路元件運行出現故障而停止運行工作。也就是這樣的繼電保護機制不僅沒有起到保護作用，還將故障擴大使其更加嚴重，造成一系列的連鎖性故障。

水電廠繼電保護隱藏故障具有全面性：繼電保護隱藏故障不是僅出現在系統的軟件之中，在硬件設備裝置中也會出現一定的隱藏故障。

2 水電廠繼電保護隱藏故障的原因

根據上文所總結歸納的水電廠繼電保護隱藏故障的主要特征，可以從中推斷造成水電廠繼電保護隱藏故障主要有兩個原因，具體如下：

2.1 繼電保護機制的定值整定錯誤

這類隱藏故障發生的主要原因在于，相關工作人員在整定以及校準繼電保護機制的過程中存在一定的錯誤，還有一種可能原因就是在完成定值整定之后，已經確認后的整定值沒有達到水電廠全部機組正常運行的標準，因此在水電廠全部機組正常生產運行的過程中觸發繼電保護隱藏故障。除這個原因外，還有一種較大的可能就是，當完成定制整定工作之后，水電廠對機組的容量進行調整或是進行重新連接，但卻沒有及時對定值進行整定，進而影響其工作情況，并引發了水電廠繼電保護隱藏故障。

2.2 硬件設備故障引發的水電廠繼電保護隱藏故障

在水電廠電力系統正常運行生產的過程中，所有的設備設施及電路元件在運行的過程中，都會出現一定的磨損、損壞的情況，還有可能出現設備、電路元件失靈的情況等，而這種情況的出現有可能是由于外部環境因素或是人為因素造成的相應損壞問題。這種損壞、磨損或者是失靈情況，一般都是比較明顯的，而且工作人員在進行工作的過程中肉眼就可以判斷出，并及時進行相應的整修措施以及解決措施。但是這種故障的出現具有一定的偶然性以及滯后性，也就是說當出現這一類故障的時候，只能在出現故障之后采取一定得到補救措施，沒有辦法制定預防措施，也沒有辦法從根本上解決這一故障。

3 水電廠繼電保護隱藏故障診斷方法

水電廠繼電保護隱藏故障的觸發原因，主要還是因為機器設備設施或者是電路元件出現損壞或損傷，而這種情況具有一定的滯后性以及偶然性，因此相關工作人員只能是在發生故障之后對其進行排查監測，然后采取相應的補救措施，但是這種情況沒有辦法從根本上解決問題，也無法杜絕此類事件的發生。因此相關科研人員以及研究人員在探究水電廠繼電保護隱藏故障的過程中，需要以軟件方面為主要出發點。對于這類在程序上出現的錯誤，相關技術人員必須從繼電保護的工作原理為出發點，對故障進行整理、統計和分析，并根據實際情況制定具有針對性的解決措施[1]。

3.1 基于保護測量值相關性的靜態隱藏故障診斷方法

基于保護測量值相關性的靜態隱藏故障診斷方法主要的工作原理為，根據保護裝置的輸入值或者是保護裝置回路的組成部件具有較強得到相關性，進而總結歸納出的故障診斷方法。在水電廠電力系統正常生產運營的過程中，各類保護裝置之間輸入的不同的采樣值之間具有較強的關聯性，受到這種關聯性的影響，在測量回路之中存在的隱藏故障可以及時被排查出來，并得進行相應的解決。對于變壓器的電氣量保護來說，在運行的過程中一般會配置基于電流信息的主要保護，而且各種保護裝置輸入的電流信息之間具有一定的關聯性。因此對診斷系統也提出了相應的要求，要求其可以實時獲取各保護裝置獲取的采樣數據，而且要求采樣數據在時間基礎上具有一定的同步性，這樣可以保證保護定值的精準性以及可靠性。

3.2 以統計為基礎的隱藏故障診斷方法

工作人員在對水電廠機組的保護故障進行診斷的過程中，會設定一組用于對比的數據，而這組對比數據通常來自于多個裝置，但是這個測量結果是相同電氣量數值下的結果，如果不考慮測量過程中出現的微小誤差，也就可以說明，在數值相同的電氣量情況下測量所得到的數據結果應該是完全相同的。但是從目前的情況來看，工作人員在實際進行測量操作的過程中，測量的數據結果會受到各種環境因素的影響，這也就導致出現系統測量誤差的情況，因此測量所得到的全部數據結果之間存在一定的差異性，并不完全相同，但是從理論角度為出發點來看待這一情況，可以看出各項測量數據之間存在的誤差并不是很大。因此，在某一項可能存在繼電保護隱藏故障的系統之中，其實際測量得到數據結果與整體數據之間一般都存在一定的差異。

但需要注意的是，水電廠工作人員在診斷與檢查水電廠繼電保護隱藏故障的過程中，雖然存在部分故障的保護系統，但是系統依然可以正常進行繼電保護動作，而且其實際的工作情況與不存在隱藏故障的系統之間沒有明顯的差異，基本相同。基于此項討論基礎，工作人員在進行診斷與檢查的過程中可以數據統計為基礎，對測量數據進行整理統計并對數據結果進行深入分析，根據分析判定故障保護裝置實際的運行情況。相關工作人員在實際進行工作的過程中可以使用基于統計的異常數據檢測方法，對可能存在故障的保護裝置進行確認，這其中比較常見的檢測方法有格拉布斯法以及狄克勛法。

3.3 基于距離的隱藏故障診斷方法

工作人員在實際進行繼電保護系統隱藏故障診斷工作的過程中，一般會對一組之間的數據進行比較，但是通常來說參與比較的數據之間存在的差異性較小，因此不需要對數據進行預處理工作。與此同時，工作人員在進行工作的過程中如不考慮可能具備兩組或兩組以上的保護裝置同時發生故障的情況，可以看出這組數據之中大部分的數據值特別接近，但如發現某一項數據值與其他數據之間的存在較大的差異，那么就說明這項數據對象的保護裝置在進行測量工作的過程中存在一定的異常情況，工作人員也可以根據此現象判定該系統中存在的隱藏故障。

簡單來說，當電力系統中某一項繼電保護裝置中如果存在隱藏故障，那么其測量數據與同組內其他裝置的測量數據之間存在較大的差異，針對這一情況，工作人員就可以根據距離的異常數據檢測量法的原理，對各項數據與平均值之間的距離大小進行判定，并根據此診斷出隱藏故障。

綜上，水電廠在進行正常生產運行的過程中，繼電保護隱藏故障是相關部門工作中難以發現、無法及時進行解決的一項難題，這種隱藏故障對我國電力行業的發展造成了不可預計的損失。因此對于繼電保護隱藏故障需要明確其概念，并且基于裝置與系統運行數據信息對其進行實時跟蹤監測，這樣也可以在一定程度上保證水電廠的正常運行情況，同時也減少了出現隱藏故障的概率，降低損失。