基于量化分析的电网连锁故障事故链识别方法

摘 要：本文针对现有的连锁故障事故链搜索方法一般只考虑线路的过负荷保护或确定性模拟保护控制的动作等不足，提出了基于量化分析的连锁故障事故链识别方法，为进一步开展连锁故障事故链方法的研究提供参考。

关键词：连锁故障；事故链；关键元件；保护控制；评估指标

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.148

0 引言

大停电事故的发展演变是整个电网运行持续恶化的过程，都是由于少部分的电气元件发生故障，加之后续很多复杂的连续开断发展造成的。以往的经验表明，连锁故障是大停电事故整个发展过程中最常见的现象，它对大停电的产生起着决定性的作用。墨菲定律指出，假设某个事件有其发生的可能性，即使其发生概率也许相当低，但是在某些特殊情况下一定会发生。以此类推，大停电事故虽然是个极小概率的事件，可是只要发生了必然会损失巨大。所以，有必要建立合适的连锁故障模型，从而能够进一步研究连锁故障的演化过程并且厘清连锁故障的发展规律。建立好的模型不但可以用作研究大停电的宏观现象，也可以详细模拟其反应机理，为连锁故障的控制提供了工程方面的解决思路[1]。由于电网规模大且事故诱因多样，基于事故链进行连锁故障分析的关键是搜索出高风险事故链以及搜索后续关键环节[2]。

1 事故链原理

事故链原理源自安全科学，已经在很多工程相关领域得到广泛应用。在大电网中，事故链原理指出大停电事故是由多个中间环节共同作用造成的，并且这些中间环节发生的概率不一定为1，它与大电网的实际运行工况和外因等影响因素有关系。此类影响因素诱发了中间环节，从而导致了连锁故障的发生。

事故链基础上的连锁故障模型给防范与控制连锁故障的发生提供了一种新颖的思路。即只需要切断事故链中某个或者某几个环节，不需要切断所有环节，就能防止大停电事故。切断事故链中某个或者某几个环节的具体方法是监测这些环节涉及到的事故影响因素，以防它们发生故障。这种控制思想的前提是必须知道大电网中的事故链。因此，迅速生成适当的事故链是事故链基础理论模型的重要一环。

2 基于量化分析的电网连锁故障事故链搜索模型

2.1 保护控制动作评价指标

保护与控制装置动作与否的判断标准主要分为两类：一类是（Ec，Tc）。其中Ec是装置的电气量阈值，通常包含电压、电流、频率及无功功率等；Tc是可持续的时间，例如发电机的高频和低频保护等。二类是（Q，N）。其中Q代表某个事件，N代表保护和控制动作的阈值次数，比如特高压连续换相失败造成直流闭锁保护等。通过运用时域仿真的方法就能够精确模拟保护与控制装置的动作状况，检索事故链。这样往往只能确定性地判断保护与控制装置是否动作，忽略了一些不确定性的因素。为了量化保护与控制的动作状况，用一维指标来表示二维判据，即关键元件保护控制的动作评价指标，其表达式为：=[Ee-（Ec-kTc）]*100%。式中：Ee是整个动态过程中电气量的最大或最小值；Ec及Tc分别是装置动作阈值及可持续的时间；k是换算因子，表示把电气量偏移持续时间折算为电气量。当的取值不同时，它的物理意义分别为：时，表示保护与控制装置不符合动作的条件，并且在动作边界之外；时，表示保护与控制装置位于边界动作情况；时，表示保护与控制装置符合动作条件。

2.2 事链检索流程

结合前文提出的保护控制动作评价指标，事故链的检索流程如下（1）-（6）。步骤（1）：由大电网实时工况数据，加之专家经验共同确定初始事件集，例如关键主变的N-2故障和线路三相短路单相拒动等故障。步骤（2）：由初始事件集中的某一个事件开始，运用时域仿真分析方法来判断负荷减少量是否超过先前设置的阈值，如果超出了，转至步骤（5），否则转步骤（3）。步骤（3）：如果保护控制装置动作，就把保护控制动作行为当作下一个事件，再转步骤（2），否则转步骤（4）。步骤（4）：根据公式计算保护与控制动作评价指标，如果该评价指标小于所设置的阈值，就选择指标值最小的保护与控制动作作为下一个事件，转步骤（2），否则转步骤（5）。步骤（5）：根据公式计算且判断当下事故链的风险估值是否大于初始设置的阈值，如果超出则记录此事故链，转步骤（6），否则直接转步骤（6）。步骤（6）：如果当前事故链检索完毕，则输出该事故链集并结束检索，否则转至步骤（1）并且选定下一初始事件继续进行事故链检索。

3 结束语

本文基于事故鏈模型，提出了基于量化分析的关键元件保护控制动作评估指标；该指标能够完美地模拟边界状况下保护与控制的不确定性动作情况，连锁故障事故链的搜索路径得以增多，从而检索出能够实际反映电力系统风险的连锁故障事故链，为确定连锁故障的防控策略提供了参考。文中的保护控制动作评估指标可以模拟绝大部分保护与控制的动作情况，某些复杂的保护控制仍然需要进一步的研究。

参考文献：

[1]罗毅，王英英，万卫等.电网连锁故障的事故链模型[J].电力系统自动化，2009，33（24）：1-5.

[2]马志远，石立宝，姚良忠等.电网连锁故障的事故链搜索模型及策略研究[J].中国电机工程学报，2015，35（13）：3292-3302.

作者简介：吴翃轩（1991-），男，江苏镇江人，硕士，研究方向：电力系统稳定与控制。