电力系统继电保护隐藏故障诊断分析.pdf

2023 年 11 月电力系统继电保护隐藏故障诊断分析许飞（国网福建省电力有限公司超高压分公司，福建 福州 350011）【摘要】为提升电网运行质量袁保障电力系统的正常运行袁简要概述继电保护隐藏故障的基本类型袁探究继电保护隐藏故障的诊断方法袁包括基于相邻线路拓扑关系的诊断方法和基于扰动激励反应原理的诊断方法袁以期为相关人员开展继电保护维护工作提供参考遥【关键词】电力系统曰继电保护曰隐藏故障【中图分类号】TM774【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）11-0121-030 引言随着社会的不断发展，人们对电能的需求日益增长，需要不断扩大电网规模来合理配置电力资源，为用户持续供电。新时期，信息、通信、自动化等技术的出现和应用，虽然进一步提高了电网的自动化水平，扩大了其规模，增强了其资源配置能力，但也存在一定的运行风险。因此，深入研究电力系统继电保护隐藏故障诊断非常有必要，对增强继电保护效果、保障电网安全运行具有积极意义。1 继电保护隐藏故障的基本类型1.1 继电保护装置的隐藏故障现阶段，继电保护装置常见的隐藏故障主要有以下两种：淤硬件故障。硬件故障主要集中于继电保护装置本身，或者与继电保护装置相连的支流回路所用设备，这些设备因生产工艺不良、运行环境恶劣、超出运行年限等容易发生故障1。在继电保护装置中，由于二次回路敷设范围较大，普遍存在自检装置不足的情况，增加了隐藏故障的检测难度。于软件故障。软件故障是指继电保护装置的模块和程序在运行中产生的故障，当程序发生病毒入侵、数据采集误判等故障时，可以应用常规手段进行监测。在此过程中，部件腐蚀老化、测量值异常等均可作为继电保护装置隐藏故障的诊断依据。1.2 继电保护装置测量回路的隐藏故障继电保护装置测量回路的隐藏故障主要围绕互感器以及二次回路产生。在互感器以及二次回路运行性能下降的情况下，继电保护装置测量回路的静态特性会受到隐藏故障影响，导致二次回路采集的模拟信号结果出现偏差，进而使继电保护装置对这一情况产生误判2。因此，在日常检测工作中需要提高对该种隐藏故障的重视。1.3 继电保护装置整定过程的隐藏故障继电保护装置整定过程的隐藏故障主要表现在以下两个方面：淤整定值错误。由于继电保护装置的运行方式较为特殊，且网络较为复杂，实际计算得到的分支系数与标准系数相差较大，整定值难以达到相应标准，影响继电保护装置的正常使用3。因此，在依据整定规程计算分支系数后，应当重新调试或更换继电保护装置，优化调整装置的运行方式，避免出现误动作。于出口压板错误。在整定值计算正确的情况下，如果缺少相应的运行管理装置，则难以及时发现出口压板错误，形成隐藏故障，导致电力系统瘫痪，给人们生产生活带来严重损失。2 继电保护隐藏故障的诊断方法为预防和诊断继电保护隐藏故障，本文尝试引入先进技术来增强隐藏故障的诊断效果，并基于电力线路运行原理，从以下两个方面探讨合理的诊断方法。2.1 基于相邻线路拓扑关系的诊断方法为了确保电网安全运行，电力系统需要安装一定数量的继电保护装置，且这些装置之间大多具有一定的关联性，如果扰动过大，则会导致继电保护装置发生故障，对电力系统的正常运行造成不良影响。当电力线路某一位置发生故障时，相邻继电保护装置会自动获取故障检测值，而其他继电保护装置则以等待动作为主。基于这一扰动触发机制，在电力系统跳闸之后，通过获取相邻继电保护装置的过程量，诊断电力线路的静态特性，确定线路故障位置4。线路保护如图 1 所示，当 BC 线路发生故障时，距离保护装置会自动测量这一部分的阻抗，而靠近 AB 线路电力信息1212023 年 11 月互感器类型准确级电流误差/%相位差电流互感器5P依1依60忆10P依3电压互感器3P依3依120忆6P依6依240忆表 1 电流互感器和电压互感器有关误差限值的规定标准的继电保护装置则自动激发距离保护装置的功能。在此过程中，BC 方向 B 侧的距离保护测量值与 AB方向 A 侧的距离保护测量值，应满足以下关系：ZA=ZAB+ZB。（1）式中：ZACB1处继电保护装置测量得到的阻抗值；ZBCB2处继电保护装置测量得到的阻抗值；ZAB两套距离保护装置相互关系的线路阻抗。基于以上原理，在继电保护装置之间存在关联的前提下，电力系统中相邻线路构建的拓扑网络也会对其运行状态造成影响。例如，如果线路附近出现开关变位或短路故障等情况，则一次回路的电流和电压会因拓扑关系变化而变化。而在计算继电保护装置的测量阻抗时，线路存在故障问题也会导致二次电流和电压以及继电保护装置的测量阻抗发生变化，如图 2 所示。在这种情况下，隐藏故障的存在会使继电保护装置的测量值发生显著变化，很难满足正常情况下的网络约束关系要求。电力系统包括含有助增支路和含有外汲支路两种形式，在分析故障下继电保护装置测量阻抗之间的关系时，应分为以下两种情况。（1）含有助增支路的电力系统如图 3 所示，B 母线上的助增支路 DB 网络拓扑为复杂网络，应结合助增支路作用，分析 CB1与 CB2保护之间的约束关系。具体而言，在分析这一电力系统故障下相邻继电保护装置测量阻抗关系时，如果 f 点发生接地故障，仍主要从距离角度出发计算 f 点的测量阻抗。图3 中的 UAB、UBf、UDB分别代表 AB、Bf、DB 线路电压相量，IA、IB、ID分别代表流过各个继电保护装置安装处的故障相电流，依据以上获得线路电压相量、测量阻抗等参数，可以列出各段线路的电压方程。并将相应参数带入方程中，根据得到的计算结果对含有助增支路的电力系统继电保护隐藏故障进行诊断。（2）含有外汲支路的电力系统如图 4 所示。由于线路本身的电流方向始终固定，仅外汲支路的电流方向发生改变，导致对线路测量阻抗的计算方差产生变化，进而发现含有外汲支路的电力系统存在一个类似于助增支路的判别式门槛值。通常情况下，原始电压、电流经过互感器后，会在幅值和相位方面产生一定误差。而对于含有外汲支路的电力系统而言，这些误差会对判别式门槛值的大小造成直接影响5。基于此，在考虑误差的前提下，利用测得的误差系数、相位误差计算继电保护装置测量电压和测量电流，可以推导出继电保护装置测量阻抗的表达式，进而依据电压、电流互感器标准得到关于保护用互感器的误差限值。将该误差限值作为判断单个继电保护装置性能是否存在故障的依据。在诊断继电保护隐藏故障时，应强调电流互感器和电压互感器检测误差对测量结果产生的影响。表 1 为电流互感器和电压互感器有关误差限值的规定标准。基于这一标准，可以结合电力系统的运行情况和继电保护装置类型，选择合适的互感器进行隐藏故障诊断。如果测量阻抗值处于稳定状态，则证实测量部位未产生隐藏故障；如果测量阻抗值偏大或偏小，相图 1 线路保护SAACB1BCB2fCCB3SC图 3 含有助增支路的电力系统BCSCCB4fCB3CB2CB1SAASDDCB5CB6IDIAUABIBUBfUDBU1一次电压；U2二次电压；I1一次电流；I2二次电流；Inn 次电流；Unn 次电压。图 2 继电保护中网络拓扑约束关系原始数据测量回路电压形成低通滤波采样保持模数转换保护算法电压形成电压形成低通滤波低通滤波采样保持采样保持模数转换模数转换保护算法保护算法测量阻抗约束关系网络拓扑关系转化Z1mZ2mZnm左左U1，I1U2，I2Un，In图 4 含有外汲支路的电力系统ASACB1CB2CB3CB6CB5CB4CDBfIAUABUBfIBUBDID电力信息左左左左1222023 年 11 月关人员则可以依据测量阻抗值的误差来分析原因，以便及时解决隐藏故障。2.2 基于扰动激励反应原理的诊断方法为减少故障或扰动冲击给继电保护装置带来的影响，应提高对于非故障元件继电保护装置分析的重视程度，这些继电保护装置的反应过程能够反映其应对扰动的能力。基于此，从继电保护装置的抗干扰性能入手，尝试以扰动激励反应原理来诊断隐藏故障。在电力系统实际运行中，继电保护装置可以划分为正常运行区、故障状态区、故障启动区和故障恢复区 4 个工作区域。当线路 S2、S3间某处发生故障，相邻继电保护装置动作切除故障之后，S1、S2间继电保护装置返回，此时可以直接比较其他继电保护装置的测量值和整定值，从而确定故障扰动源，减少数据分析工作量，提升电力保护的质量和效率。在此过程中，除发生隐藏故障的继电保护装置外，S1、S2间继电保护装置应按照自动化程序进入故障启动区，而发生隐藏故障的继电保护装置仍按照正常动作返回，若 S1、S2间的继电保护装置未启动，则可以证实线路其他部分也存在隐藏故障。基于此，本文提出一种基于扰动激励反应原理的诊断方法，用于评价继电保护装置性能，依据评价结果进行隐藏故障的诊断。基于扰动激励反应原理的继电保护隐藏故障识别如图 5 所示。从理论角度来看，该方法可以反映各个继电保护装置的运行状态，简化监测、分析、评价继电保护装置的流程。这种诊断方法主要依赖继电保护信息主站来实现，继电保护信息主站借助通信网络，将变电站作为继电保护信息子站，由子站的通信接口连接录波装置和保护装置，从而收集多个变电站的故障录波数据、保护装置动作信息等内容，继电保护信息主站结构如图 6 所示。但由于这一过程涉及的数据处理量较为庞大，现有信息主站所用诊断方法的运行程序仍需耗费大量时间。基于此，未来应从提升诊断效率的角度出发，进一步优化继电保护隐藏故障的诊断方法。3 结语本文基于相邻线路拓扑关系、扰动激励反应原理，探讨了两种用于诊断电力系统继电保护隐藏故障的方法。通过分析可知，这两种方法能够提升隐藏故障诊断的准确性，降低隐藏故障对电网运行安全的影响。在诊断电力系统继电保护隐藏故障时，相关人员应当结合电力系统的运行原理及其线路运行关系，明确各种隐藏故障的发生原理和原因，合理科学地选择诊断方法，并严格遵循诊断方法的要求和操作流程，实现对隐藏故障的有效诊断，进而及时采取有针对性的解决措施，保障电力系统的正常运行。参考文献1 张敏.电厂继电保护常见故障及现场处理对策J.中国石油和化工标准与质量，2022，42（20）：144-146.2 陈立东，余多，邵宗宫，等.基于线路相关集的大电网继电保护隐藏故障算法J.微型电脑应用，2022，38（6）：187-190.3 刘景久.智能变电站继电保护隐藏故障诊断与系统重构方法J.电子测试，2021（24）：88-90.4 李柱安.智能变电站继电保护二次回路隐藏故障诊断深入探究J.电子测试，2020（21）：93-95.5 管飞飞.智能变电站继电保护隐藏故障诊断与系统重构方法J.化学工程与装备，2020（1）：205-206.作者简介院许飞（1984），女，汉族，湖北黄冈人，硕士研究生，工程师，主要从事电力系统及其自动化、继电保护、二次系统运维检修工作。图 5 基于扰动激励反应原理的继电保护隐藏故障识别S1S2S3图 6 继电保护信息主站结构通信网络继电保护信息主站继电保护信息子站子站通信接口录波装置录波装置保护装置保护装置继电保护信息子站子站通信接口变电站 1变电站 n电力信息123