考虑隐性故障的继电保护系统可靠性分析及评估

张玉涛

【摘 要】 隐性故障是造成电网故障的重要原因之一，其研究内容会涉及到保护系统、电网运行状态等诸多方面，为了更好的对继电保护系统可靠性进行评估，应该在考虑隐性故障与运行状态变化的情况下，搭建单一暴雨系统可靠性模型，计算随潮流变化时隐性故障修复对系统正常运行造成的影响，进而科学的评估系统可靠性。基于此，文章从不同角度对系统可靠性分析与评估进行了研究，供参考。

【关键词】 隐性故障 继电保护系统 可靠性分析 评估

当前我国的经济实力已经不容小觑，电力系统规模空前强大，电网复杂程度日益提高，在带来明显经济效益的同时也为电网安全性提出了挑战。当前继电保护系统在技术上获得了很大的成功，继电保护装置已经发展到了相对成熟的阶段，但是操作失误、元件老化以及环境影响等因素都促使保护装置不可避免的出现各种类型的隐性故障。隐性故障将会极大的破坏电力系统的安全性与稳定性，本文从不同角度分析继电保护系统隐性故障的相关问题，以期为以后的研究工作指明方向。

1 继电保护隐性故障概述

继电保护系统隐性故障是指正常运行状态下，电力系统是不会受到影响的，但是一旦系统运行状态发生了变化，就会触发故障，进而造成一系列联锁故障。造成继电保护隐性故障的原因主要可以分成两类：（1）继电保护定值不合理，保护定值与保护定值整定计算错误，不能与系统运行状态变化相适应；（2）继电保护硬件出现缺陷，例如测量元件故障、通信系统故障以及保护装置元件老化等。现阶段，可靠性分析方法主要有概率法、马尔可夫模型法以及故障树法等，当前这方面的研究主要集中在保护可靠性评估治疗以及相关计算模型上，现有继电保护可靠性理论成果多数情况下都涉及到了隐性故障的内容，系统运行状态变化直接影响着继电保护系统的可靠性，所以如何对保护系统可靠性进行正确评估，成为现阶段继电保护可靠性研究工作中面临的重大问题。

2 隐性故障的诱因与表现形式

2.1 隐性故障的诱因

继电保护系统隐性故障出现的原因可以从两方面分析：（1）软件设置与定值整定错误。其中可能会涉及到保护原理、动作逻辑不适应系统异常情况等，保护定值整定计算错误或者保护定值过时都可能会引发隐性故障，这就需要电力技术人员对电网展开系统整定，而整定与校准过程中可能会出现处理不当的问题，电力系统整体运行方式也可能存在不正确的问题。（2）设备故障引发隐性故障。在继电保护系统中，由设备故障可能会引发隐性故障，该故障属于硬件故障，例如测量元件故障、通信系统故障、测量回路故障以及接线错误等。

保护装置误动作可以从以下两方面分析：（1）保护原理上区别对待压板的投入，ABB REG216保护中突加压保护，只有频率和电流判据，在系统故障时保护压板投入有可能动作出口，相关的保护还有起停机，断路器闪络保护，应在机组投运后退出，继续停运前投入相关压板。（2）板卡故障中，光耦模块输出，低压侧发生软击穿，使元器件性能劣化，指标参数降低，造成电路时好时坏（光耦继电器故障）。隐性故障为继电保护系统永久性缺陷的一种，其最危险的地方就是以上缺陷并不会引发继电保护立即误动或拒动，只有电力系统处在压力状态中时，拒动或误动才会显现出来，例如发生故障时或者发生故障以后的瞬间、过负荷、系统振荡及低电压等事件动作之后。

2.2 隐性故障的表现形式

隐性故障主要有两种表现形式：“操作失败”和“意外跳闸”，其中，“操作失败”是指发生电力系统故障时，保护装置不能正确清除故障，而“意外跳闸”则是指在未发生故障时装置误跳闸。在现有的保护方案中中，保护拒动表现为“操作失败”，系统中至少有1条母线会分离，而保护误动表现为“意外跳闸”，系统在没有故障发生时装置出现自发性的跳闸，或者在保护区以外出现故障误跳闸问题。其中，自发性跳闸可以自动重合闸，不会对系统运行造成严重影响，但是保护区外误跳闸将会对系统造成严重后果。

故障开始保护装置面临着“操作失败”的局面，这时故障线路可以通过后备保护切除故障，因此“操作失败”并不属于隐性故障的范畴，单一的“操作失败”可以利用后备保护弥补，而连续反复的“操作失败”将会扩大故障范围，甚至会使整个系统面临着崩溃的后果，所以连续多次的“操作失败”被纳入到隐性故障范畴。“意外跳闸”因为系统中存在杂散信号，这样就会立刻显现出隐性故障，对于自发性跳闸来说，在系统并未发生故障时，不需要承受电力系统压力，因此不属于隐性故障的范畴，但是对于保护区外故障误跳闸，可能会造成大型的停电事故，这不仅和隐性故障直接相关，同时也和系统故障、运行条件紧密相关，因此属于隐性故障的范畴。

3 超高压线路继电保护系统可靠性评估

3.1 导致继电保护隐性故障的因素

相关资料表明，线路有功潮流大规模转移不恰当动作是总称故障的主要因素，因此本文主要对隐性故障进行分析。通过对继电保护隐性故障因素的分析，我们可以将其分为老化隐性故障、恶劣环境或灾害性环境隐性故障和可修复运行故障等几种类型：（1）老化隐性故障属于不可修复故障，它和历史相关的条件有关；（2）恶劣环境或灾害性环境隐性故障，电网元件长期处于室外环境中，在灾害环境下故障发生的几率明显增加，因此不能利用传统元件故障率统计方法得到故障率数据，灾害环境下故障率会急剧增加，这方面的计算模型很多，例如回归分析模型、天气状态等效模型及贝叶斯模型等，都是按照历史统计数据建立的，但是这些模型只能用于计算长期天气变化对电网的影响，并不能用于计算短期灾害环境造成的故障率变化情况；（3）可修复运行故障是指因为继电保护定值不合理等因素造成的。

3.2 继电保护系统可靠性评估

当前我国超高压电路220kV线路都配置了薄被保护与双套主保护，其中线路主保护利用纵联保护，而后备保护则以零序保护、距离保护为主。主保护利用双重化设计，几乎是完全独立的，从原理及装置上来看，主保护与后备保护都是独立的，动作时限也完全不同，因此可以将二者看成是相互独立的，在系统可靠性评估时可以将二者分开考虑。

分别利用单一保护系统状态空间模型对两套主保护、后备保护进行评估，然后利用概率方式进行综合计算，这样才能实现对超高压线路继电保护系统可靠性的评估。当然，搭建超高压线路继电保护系统空间状态模型也需要评估系统可靠性，但是这种计算模型和过程都非常复杂，对数据可靠性提出了较高要求，在当前的条件下很多数据无法获得，所以必须通过超高压线路主保护及后备保护之间的关系探索到可行性的办法，使计算过程得到简化。经过算例验证分析，这两种方式获得的结果是非常相近的。

4 结语

综上所述，本文主要分析了考虑隐性故障的继电保护系统靠靠性评估的相关问题，引起继电保护系统运行故障的原因主要有两个，其一软件设置与定值整定错误，其二设备故障引起的隐性故障，隐性故障的表现形式主要有“操作失败”与“意外跳闸”两种，二则可能在故障期间同时发生，但是清除故障以后，“意外跳闸”是事故主要原因。通过本文的分析可以得到如下结论：基于隐性故障与系统运行不同状态，构建单一保护系统状态空间模型，线路潮流越限时根据隐性故障模型可以求得隐性故障特性变化规律，这对系统可靠性评估具有非常重要的价值和意义，通过状态空间模型分析，可以进一步完善继电保护装置，对于隐性故障自检来说非常必要，单一保护系统状态空间模型充分考虑了隐性故障条件之下的系统可靠性评估。

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