水电厂继电保护隐藏故障诊断方法探析

国家电投五凌电力有限公司碗米坡水电厂 虎金富

水电厂在运行过程中应用继电保护系统可有效提升水电厂整体运行的安全性及稳定性，因此相关工作人员需合理设计并运用机电保护系统。在水电厂实际生产运行的过程中，水电厂工作系统在正常运行的状态下，其隐藏故障不会对整体机组的正常运行情况造成太大的影响。某电厂总装机容量3×80MW，发变组为单元接线，由2回220kV出线接入系统，220kV母线为单母线不分段接线。上述系统出现一定故障的情况下，如负荷波动、电网故障等，会在短时间内触发隐藏故障，进而导致水电厂保护系统出现错误动作的情况，还有可能产生一定的连锁反应，影响水电厂的整体运行情况。

1 水电厂继电保护隐藏故障的概述

1.1 水电厂继电保护隐藏故障概念

继电保护隐藏故障（HF）主要是指在水电厂设备运行中存在的永久性缺陷，其具有一定的隐形特点，因此也被称之为隐性故障，但也只是相对于“显性”而言。由于受到这种隐形缺陷的影响，在一定程度上导致继电保护系统自身没有办法正确地对电路元件进行切除工作，进而出现电路元件切除错误的情况。由于其隐性特点，在正常进行工作过程中无法及时检查出来，因此也导致其运行系统中的隐藏故障不易被发现。但当设备运行过程中发生某些条件时就会触发保护系统隐藏故障，进而造成一系列的连锁反应，这也对水电厂的运行生产产生了较大影响。相关方面技术专家及研究人员经多年探究，发现电力厂运行系统出现故障导致系统崩溃最主要的原因就是继电保护隐藏故障。

继电保护系统的主要组成有软件、硬件两个部分，但这两个部分在运行的过程中都有可能出现隐藏故障，如说PT、CT、继电器、通信通道及软件设置错误等故障。且受到保护系统隐藏故障的影响，会直接对继电器造成影响、即继电器误动作，但这种故障不一定是来自于继电器本身的设计问题，因为一般的继电器在设计不会存在故障，但也不能说明在应用继电器的过程中存在应用问题或是校准存在问题，这种隐藏故障一般与继电器的工艺特性以及运行环境存在一定的关联性，且关系较为密切。

隐藏故障与显性故障间存在一定差异性，最大的区别是隐藏故障不会直接造成水电厂运行系统立刻动作，一般只有当其他设备系统出现问题时才会被触发。保护系统隐藏故障存在较多的特点，但其中最为突出的特点为只有当系统处于压力状态下才会被显示出来，压力状态主要是指过负荷、低电压等情况。

1.2 水电厂继电保护隐藏故障特征

水电厂继电保护隐藏故障具有隐藏性：这一特点是故障中最为显著的特点，这个特征主要变现为在水电厂电力系统正常运行的状况下并不会展现出任何错误动作，而且也对电力系统不会造成太大的影响，也不会电力系统造成任何伤害和损伤。

水电厂继电保护隐藏故障具有连锁性：这个特点主要表现为当水电厂的某一个部件出现故障的时候，继电保护机制就会开始运行，进而引发继电保护隐藏故障，简单的来说就是继电保护机制在运行中出现错误，将处于正常运行状态下的电路元件进行切断，而正常运行的电路元件停止工作会导致其他电路元件运行出现故障而停止运行工作。也就是这样的继电保护机制不仅没有起到保护作用，还将故障扩大使其更加严重，造成一系列的连锁性故障。

水电厂继电保护隐藏故障具有全面性：继电保护隐藏故障不是仅出现在系统的软件之中，在硬件设备装置中也会出现一定的隐藏故障。

2 水电厂继电保护隐藏故障的原因

根据上文所总结归纳的水电厂继电保护隐藏故障的主要特征，可以从中推断造成水电厂继电保护隐藏故障主要有两个原因，具体如下：

2.1 继电保护机制的定值整定错误

这类隐藏故障发生的主要原因在于，相关工作人员在整定以及校准继电保护机制的过程中存在一定的错误，还有一种可能原因就是在完成定值整定之后，已经确认后的整定值没有达到水电厂全部机组正常运行的标准，因此在水电厂全部机组正常生产运行的过程中触发继电保护隐藏故障。除这个原因外，还有一种较大的可能就是，当完成定制整定工作之后，水电厂对机组的容量进行调整或是进行重新连接，但却没有及时对定值进行整定，进而影响其工作情况，并引发了水电厂继电保护隐藏故障。

2.2 硬件设备故障引发的水电厂继电保护隐藏故障

在水电厂电力系统正常运行生产的过程中，所有的设备设施及电路元件在运行的过程中，都会出现一定的磨损、损坏的情况，还有可能出现设备、电路元件失灵的情况等，而这种情况的出现有可能是由于外部环境因素或是人为因素造成的相应损坏问题。这种损坏、磨损或者是失灵情况，一般都是比较明显的，而且工作人员在进行工作的过程中肉眼就可以判断出，并及时进行相应的整修措施以及解决措施。但是这种故障的出现具有一定的偶然性以及滞后性，也就是说当出现这一类故障的时候，只能在出现故障之后采取一定得到补救措施，没有办法制定预防措施，也没有办法从根本上解决这一故障。

3 水电厂继电保护隐藏故障诊断方法

水电厂继电保护隐藏故障的触发原因，主要还是因为机器设备设施或者是电路元件出现损坏或损伤，而这种情况具有一定的滞后性以及偶然性，因此相关工作人员只能是在发生故障之后对其进行排查监测，然后采取相应的补救措施，但是这种情况没有办法从根本上解决问题，也无法杜绝此类事件的发生。因此相关科研人员以及研究人员在探究水电厂继电保护隐藏故障的过程中，需要以软件方面为主要出发点。对于这类在程序上出现的错误，相关技术人员必须从继电保护的工作原理为出发点，对故障进行整理、统计和分析，并根据实际情况制定具有针对性的解决措施[1]。

3.1 基于保护测量值相关性的静态隐藏故障诊断方法

基于保护测量值相关性的静态隐藏故障诊断方法主要的工作原理为，根据保护装置的输入值或者是保护装置回路的组成部件具有较强得到相关性，进而总结归纳出的故障诊断方法。在水电厂电力系统正常生产运营的过程中，各类保护装置之间输入的不同的采样值之间具有较强的关联性，受到这种关联性的影响，在测量回路之中存在的隐藏故障可以及时被排查出来，并得进行相应的解决。对于变压器的电气量保护来说，在运行的过程中一般会配置基于电流信息的主要保护，而且各种保护装置输入的电流信息之间具有一定的关联性。因此对诊断系统也提出了相应的要求，要求其可以实时获取各保护装置获取的采样数据，而且要求采样数据在时间基础上具有一定的同步性，这样可以保证保护定值的精准性以及可靠性。

3.2 以统计为基础的隐藏故障诊断方法

工作人员在对水电厂机组的保护故障进行诊断的过程中，会设定一组用于对比的数据，而这组对比数据通常来自于多个装置，但是这个测量结果是相同电气量数值下的结果，如果不考虑测量过程中出现的微小误差，也就可以说明，在数值相同的电气量情况下测量所得到的数据结果应该是完全相同的。但是从目前的情况来看，工作人员在实际进行测量操作的过程中，测量的数据结果会受到各种环境因素的影响，这也就导致出现系统测量误差的情况，因此测量所得到的全部数据结果之间存在一定的差异性，并不完全相同，但是从理论角度为出发点来看待这一情况，可以看出各项测量数据之间存在的误差并不是很大。因此，在某一项可能存在继电保护隐藏故障的系统之中，其实际测量得到数据结果与整体数据之间一般都存在一定的差异。

但需要注意的是，水电厂工作人员在诊断与检查水电厂继电保护隐藏故障的过程中，虽然存在部分故障的保护系统，但是系统依然可以正常进行继电保护动作，而且其实际的工作情况与不存在隐藏故障的系统之间没有明显的差异，基本相同。基于此项讨论基础，工作人员在进行诊断与检查的过程中可以数据统计为基础，对测量数据进行整理统计并对数据结果进行深入分析，根据分析判定故障保护装置实际的运行情况。相关工作人员在实际进行工作的过程中可以使用基于统计的异常数据检测方法，对可能存在故障的保护装置进行确认，这其中比较常见的检测方法有格拉布斯法以及狄克勋法。

3.3 基于距离的隐藏故障诊断方法

工作人员在实际进行继电保护系统隐藏故障诊断工作的过程中，一般会对一组之间的数据进行比较，但是通常来说参与比较的数据之间存在的差异性较小，因此不需要对数据进行预处理工作。与此同时，工作人员在进行工作的过程中如不考虑可能具备两组或两组以上的保护装置同时发生故障的情况，可以看出这组数据之中大部分的数据值特别接近，但如发现某一项数据值与其他数据之间的存在较大的差异，那么就说明这项数据对象的保护装置在进行测量工作的过程中存在一定的异常情况，工作人员也可以根据此现象判定该系统中存在的隐藏故障。

简单来说，当电力系统中某一项继电保护装置中如果存在隐藏故障，那么其测量数据与同组内其他装置的测量数据之间存在较大的差异，针对这一情况，工作人员就可以根据距离的异常数据检测量法的原理，对各项数据与平均值之间的距离大小进行判定，并根据此诊断出隐藏故障。

综上，水电厂在进行正常生产运行的过程中，继电保护隐藏故障是相关部门工作中难以发现、无法及时进行解决的一项难题，这种隐藏故障对我国电力行业的发展造成了不可预计的损失。因此对于继电保护隐藏故障需要明确其概念，并且基于装置与系统运行数据信息对其进行实时跟踪监测，这样也可以在一定程度上保证水电厂的正常运行情况，同时也减少了出现隐藏故障的概率，降低损失。