电力系统继电保护隐性故障探讨

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   本文就继电保护隐性故障的定义、产生进行探讨,并结合了保护装置可能存在硬件、软件故障和保护整定值不合理等隐性故障,研究了关于隐性故障的诊断和监测方法,同时还研究了智能电网发展对继电保护隐性故障的影响。最后指出,在解决继电保护隐性故障时应该注意技术手段和管理手段相结合。
  关键词 继电保护 隐性故障 硬件故障 智能电网
  中图分类号TM77 文献标识码A
  
  继电保护是电网安全运行的第一道防线,其自身的异常或者故障可能会导致电网一次系统错误运行,引起保护误动或者拒动,造成电力系统损失,甚至造成大区域连锁停电事故。例如,1994年12月和7月美国西部WSCC电网相继发生大面积停电事故,2003年8月美、加大停电事故是有史以来最大的停电事故,2005年美国洛杉矶的“9·12”特大停电事故以及2007年纽约大停电事故等都给电网造成了巨大的损失,而这些事故都是继电保护系统隐性故障造成的。我国计划到2020年,将北部、中部、南部等区域电网互联,届时实现全国互联电网。
  1 继电保护系统隐性故障定义
  继电保护隐性故障指保护系统的永久缺陷,此缺陷将导致继电保护不能正确或不适当地切除电路元件,并且有可能造成其保护装置相继错误动作,造成连锁停电事故。也可以认为隐性故障是保护系统可能存在的缺陷,它和一般故障的差别就在于这些缺陷不会使保护系统直接动作,在电网正常工作时是难以被发现的,只有在系统故障发生时才会显示其对电力系统安全和稳定性的影响。电网正常运行时,隐性故障并不会影响电网,但当电网某些部分发生变化,电网出现故障或者负荷等情况,隐性故障就会被触发从而导致系统保护误动或者拒动,甚至造成连锁故障。
  2 继电保护隐性故障产生
  (1)由于不正确的整定引起的隐性故障。保护定值整定不当的原因主有①误整定、误管理和误设置等人为因素造成的保护定值不当;②保护定值不具备自适应能力,不能适应电网结构和运行方式的改变。当电网潮流由于故障或者其他原因发生较大的转移或变化时,保护定值不能够及时进行相应的调整,尤其是后备保护,这样就会使事故恶化,成为隐性故障。
  (2)由于设备故障引起的隐性故障,包括软件故障和硬件故障。软件故障是指软件系统隐含的故障,如程序逻辑错误、软件版本错误、使用人员理解错误等,这不仅与生产厂商密切相关,也跟使用用户单位有关,涉及软件的开发、测试、维护和使用等。这既需厂商严把质量关,也需用户单位提高重视、做好日常维护和管理工作。
  硬件故障是指因为环境因素,如水解、氧化、热解等原因使设备持续不断地受到损坏致使硬件磨损、材料老化,或者是因为外部因素偶然发生变化引起的,如操作人员操作不当、恶劣气候或环境等造成的硬件故障。
  3 隐性故障重性的评价
  继电保护隐性故障具有隐蔽性和危害性,正常运行时不易发现,在系统出现其他事件时才会显现出来。但是,故障并不都具有相同的危害性,其对电力系统的重性也不同。每个隐性故障都有其范围,一般只有在其范围内的故障发生时才会触发隐性故障,通常用脆弱性区域和隐性故障严重性来描述隐性故障的危害程度。
  隐性故障对电力系统的危害大小和隐性故障发生的位置是密切相关的。只有当电力系统在某个范围内发生故障,才会触发继电保护隐性故障,引起保护装置误动。所有涉及到这种故障的区域就被称为隐性故障的脆弱性区域。
  脆弱性区域仅仅是考虑了隐性故障发生的概率,并没有对隐性故障影响重性进行分析。在研究每个脆弱性区域的重性后,才能对他们进行优先级和灵敏性等级分析,以利于管理,经常用脆弱性指数来表示。通常,脆弱性指数由负载、暂态稳定性或者电压崩溃等来描述。脆弱性指数可以通过电力系统发生事故时系统的稳定性或非稳定性来测量。
  综合脆弱性区域和脆弱性指数可以分析得出隐性故障对电力系统的重性以及引起大规模严重事故 (下转第125页)(上接第101页)的可能性,进一步可以分析各种可能性对系统的影响。并且可以依据这些列出隐性故障的重性,划分级别,对最严重的隐性故障实施单独的监测和控制。
  4 隐性故障监测
  在得到继电保护隐性故障的脆弱性区域和脆弱性指数后,可以知道危害性较大的保护装置,从而对这些装置进行重点监测以降低故障发生率。
  目前的监控系统主有微机保护中的一些简单的自检系统和定期的计划检修,但是不管是装置的自检功能还是系统的定期计划检修都属于是离线式检测。而继电保护隐性故障只有在系统出现压力的情况下才会出现,即隐性故障只有在系统运行中才会暴露出来。因此,这些传统的离线式检测方法并没有考虑装置在运行中的具体情况,并不适合于监测隐性故障。考虑隐性故障的存在特征,完善的检测方法应该做到对保护装置进行在线监测,才能在系统暴露隐性故障时,实时地发现其中的动作倾向,才能及时阻止保护误动作或者拒动。
  5 电网发展对隐性故障的影响
  5.1 数字变电站对隐性故障的影响
  数字化变电站是由智能化开关、智能化一次设备、网络化二次设备分层构成,能够实现变电站内部电气设备信息共享和互操作的现代化变电站。
  数字化变电站中隐性故障会出现一些新的特点,如数字化保护系统中必然会增加电子装置和网络化设备,在软件和系统中隐性故障都会增加。然而,在数字化变电站中可以采集大量的数据信息,能够监测各种异常状况,能够减少隐性故障的发生概率。针对数字化变电站可以提高数字化保护系统的可靠性和检修状态,从而减少隐性故障。
  5.2 分布式发电对隐性故障的影响
  随着智能电网的发展,系统中分布式发电的接入也会增加,这就使得系统的运行方式和潮流在不断变化中。但是,继电保护的定值缺乏自适应能力,这就会照成定值引起的隐性故障增加。定值预警方法的在线应用能够有效的克服定值隐性故障。在系统中加装方向元件电流保护、距离保护或者是通信保护协调时,都会使得系统复杂化,相应的隐性故障类型和发生概率也会增加。
  5.3 广域保护对隐性故障的影响
  未来电力系统中广域保护将是一个重点发展方向,由于构成广域保护的软件和硬件、定值保护都会发生变化,隐性故障类型和发生概率也会发生变化。广域保护实现的保护功能比传统保护系统丰富得多,软件和硬件的范围也会扩展,隐性故障造成的后果也会严重很多。广域保护实现的保护和控制功能强大而复杂,各类算法和逻辑都比较复杂,当问题用软件实现时,会给软件开发等带来巨大的困难和挑战,伴随着隐性故障出现的概率也会增加。广域保护可以利用广域信息,缩短了保护装置主保护和后备保护间配合时间,减轻了后备保护的整定计算压力,在一定程度上能都减少定值隐性故障的发生。
  随着智能电网的发展,隐性故障的类型和特点也会发生变化,深入研究隐性故障特点,开发在线监测系统,以便降低隐性故障发生概率。
  
  参考文献
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