關(guān)于繼電保護系統(tǒng)中隱形故障的探討-模擬電子
這篇文章主要介紹了電力系統(tǒng)繼電保護中所存在的隱形故障問題。通過介紹隱形故障的概念和特點，說明了隱形故障的危害性，它能夠?qū)е麓竺娣e故障的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上也介紹了評價隱形故障危害性的方法。通過采取對隱形故障進行監(jiān)測和控制的方法來減少隱形故障的發(fā)生，從而也就減小了系統(tǒng)發(fā)生大面積故障的可能性。這篇文章最后還介紹了目前電力系統(tǒng)中對于隱形故障分析的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：隱形故障；大面積故障；脆弱性；監(jiān)測和控制
The discussion of hidden failures in the protection of power systems
SHI Li1, ZHAO Dong-cheng2, YANG Ming-yu1
(1.North China Electric Power University, Baoding 071003, China;
2.Northeast China Institute of Electric Power, Jilin 132000, China)
Abstract: This paper introduces the problem of hidden failures in protection systems. Based on introducing the characteristic of hidden failures, the method to evaluate the hazard of hidden failures is showed. The supervision and control of hidden failures may reduce hidden failures to happen, so that the likelihood of the wide-area system failures is also reduced. At the same time, this paper also introduce that the analysis of hidden failures has been used in power systems.
Keywords: Hidden failures; Wide-area failures; Vulnerability; Supervision and control
1 引言
隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大，對于電力系統(tǒng)繼電保護的要求也愈來愈高。繼電保護系統(tǒng)中存在著隱形故障現(xiàn)象，并且它的存在是不可避免的。然而隱形故障的存在對電力系統(tǒng)的影響卻很大，容易導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生重大事故。本文在介紹隱形故障對電力系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)上，提出了有效的方法用來監(jiān)測和控制隱形故障，從而減小了隱形故障導(dǎo)致大面積故障的發(fā)生率，而且目前也已經(jīng)有許多系統(tǒng)中開始實現(xiàn)對隱形故障的控制。
2 隱形故障
1.1 電力系統(tǒng)大面積故障
任何一個系統(tǒng)都有可能發(fā)生大面積故障，這種大面積故障會導(dǎo)致惡劣的后果，比如1977年的紐約大停電。電力系統(tǒng)繼電保護的任務(wù)是快速可靠地切除故障，能夠滿足保護四性的要求，但為了保證故障切除的可靠性，有時候保護不可避免地會發(fā)生誤跳現(xiàn)象。通常情況下，誤跳可以減少對電力系統(tǒng)元件的損壞。但是如果系統(tǒng)處于壓力狀況下，例如一些無法事先預(yù)料的事件發(fā)生：斷電，過負荷或者非常惡劣的天氣等等情況，此時如果發(fā)生誤跳，則會給本來已處于壓力狀態(tài)的系統(tǒng)產(chǎn)生更大的壓力，從而就可能導(dǎo)致大面積的系統(tǒng)故障。
因此，電力系統(tǒng)發(fā)生大面積故障一般都有一定的發(fā)展過程：首先，電力系統(tǒng)因為一些無法預(yù)知的事件而處于非正常的壓力狀態(tài)下，此時系統(tǒng)中許多設(shè)備可能都處于運行極限，發(fā)電儲備已經(jīng)耗盡，而無功電力也處于短缺狀態(tài)。由于缺乏實時監(jiān)測設(shè)備或者運行人員對系統(tǒng)運行狀況估計錯誤等原因，運行人員就可能對于目前的運行狀態(tài)仍然一無所知。在這種情況下，如果某處發(fā)生故障則有可能引起連鎖反應(yīng)。一般來說，故障是由所在保護段的繼電器或者通過后備繼電器延時切除的，但是由于別的保護系統(tǒng)可能存在隱形故障而會導(dǎo)致保護的誤跳，這樣，系統(tǒng)就會更加不穩(wěn)定，從而進一步削弱了電力網(wǎng)。最終，電力網(wǎng)就有可能被分割成獨立的過負荷區(qū)和過發(fā)電區(qū)，而過負荷區(qū)就很有可能最后崩潰導(dǎo)致大面積的停電。因此，我們可以了解到當電力網(wǎng)存在大面積的干擾時，繼電保護系統(tǒng)起著十分重要的作用。一些干擾可能開始只是一些獨立的偶然事件，但是最終卻發(fā)展成為電力設(shè)備的中斷和系統(tǒng)的分離。而繼電保護系統(tǒng)中的隱形故障又對于許多干擾事件起著關(guān)鍵的作用，它能夠?qū)е吕^電保護系統(tǒng)的誤操作，從而導(dǎo)致大面積的干擾。因此有必要對繼電保護系統(tǒng)的隱形故障進行研究和分析。
2.2 隱形故障簡介
什么是隱形故障呢？它是指一種在系統(tǒng)正常運行時對系統(tǒng)沒有影響的故障，而當系統(tǒng)某些部分發(fā)生變化時，這種故障就會被觸發(fā)從而導(dǎo)致大面積故障的發(fā)生[1]。隱形故障在系統(tǒng)正常運行時是無法發(fā)現(xiàn)的，但是一旦有故障發(fā)生，繼電器正確切除故障后，電力系統(tǒng)潮流重新分配，這樣的運行狀態(tài)下就可能會使帶有隱形故障的保護系統(tǒng)誤動作。
繼電保護系統(tǒng)中的元件都有可能存在隱形故障，例如PT﹑CT﹑接線片﹑連接器﹑各種繼電器﹑通信通道等等。隱形故障的存在并不表示繼電器本身的設(shè)計有問題或者繼電器應(yīng)用的不對，也不表示校準有錯誤。它和一般故障的差別就在于這些缺陷不會使繼電器立刻動作，而是當其它系統(tǒng)發(fā)生一些事件時才能夠被監(jiān)測到。隱形故障的最大特點，也是它最危險的地方就是它們對于系統(tǒng)的影響只有在電力系統(tǒng)處于壓力狀態(tài)時才能顯現(xiàn)出來，比如在故障發(fā)生時或者故障發(fā)生后瞬間﹑低電壓﹑過負荷以及其他開關(guān)事件發(fā)生后。
經(jīng)常提到的隱形故障的例子就是方向比較閉鎖方案。故障檢測器或者通信連接的失靈，都有可能導(dǎo)致在相鄰線路故障時繼電器觸發(fā)斷路器錯誤地斷開[2]。如圖1所示，只要正向有故障發(fā)生，那么載波電路中的隱形故障都會使線路跳開。
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隱形故障可能是由很多原因引起的，但通常有兩種情況：
?。?）由不正確的整定引起的隱形故障。這種隱形故障可能是由于整定和校準的錯誤，或者整定對于系統(tǒng)的主要運行方式不合適所引起的。特別是當系統(tǒng)經(jīng)過很多地改變，而整定值卻沒有修改，此時即使繼電器正常運行，但是由于不正確的整定仍然會存在隱形故障。當然這種隱形故障可以由繼電保護人員通過經(jīng)常地整定繼電器來控制。
?。?）由設(shè)備故障引起的隱形故障。這種故障的產(chǎn)生可能是由于元件失靈﹑磨損或者因為環(huán)境和不正確的人為干涉引起的元件損壞等原因。
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