基于继电保护隐性故障的电力系统可靠性分析

朱永珍　杨黎　杨艳燕

【摘要】近年来，我国电力系统的规模不断扩大，为经济发展提供了不竭动力，但同时也对电力系统安全提出了更高要求。继电保护技术随之产生，为电网安全提供有力保障。本论文从电力系统可靠性入手，对继电保护隐性故障进行分析，并提出相应评估方法来降低连锁故障风险，努力将电力安全事故发生概率降到最低。

【关键词】电力系统可靠性；继电保护；隐性故障

1电力系统可靠性分析评估

电力系统可靠性能够将最有效、最专业的途径结合起来，共同发掘供电、发电设备的潜力，并在保证供电质量的前提下确保安全管理工作顺利进行。下面，笔者将介绍电力系统可靠性发展过程及研究方法，并提出针对继电保护运行状况的评价方法。

1.1电力系统可靠性简介

广义的可靠性包含充裕度（即静态可靠性）和安全性（即动态可靠性）两方面。其中，充裕度是指在静态条件下电力系统满足客户用电需求的能力，包括电力和电能量；安全性是指在动态条件下电力系统在供电同时能经得住突发干扰的能力。

可靠性这一概念最初用于工业之中。到20世纪60年代中期，电力系统稳定性遭到破坏的事件在多国发生，引起了政府的极大重视。电力可靠协会随之在美国成立，并制定出可靠性准则。不久后，公平、公正、公开的电子市场竞争原则便在各地得以推广。中国电力系统可靠性研究虽起步较晚，但随着电力行业可靠性管理委员会的成立，研究工作也有了很大突破，可靠性工程在电力工业与电气设备制造工业上得以迅速发展。

1.2电力系统可靠性研究方法

要做好电力系统可靠性评估，首先要锁定可靠性目标，然后结合评估手段，将故障准则与可靠性准则进行对比，从而判断故障的严重程度。常用的研究方法有解析法和模拟法两种。其中，解析法侧重于系统计算，把可靠性这一概念放到数学模型中进行数值运算。这一方法的好处是能清楚看到系统中的因果联系，便于人们理解。模拟法则通过对系统元件的特性进行组合来得出可靠性指标。其中，元件的特性能通过概率分布预测出来。比起解析法，模拟法的精确度相对较低，所用的时间较长，但能够解决更多有关于概率分布的问题。

1.3继电保护系统可靠性

作为电力系统可靠、安全运行的重要保障，继电保护装置能在第一时间发现系统故障，并根据实际情况通过断路器将故障部分隔离出来。影响继电保护系统的因素有软件因素、硬件因素和人为因素三种。为有效维护电力系统安全，技术人员应强化电力系统监管水准，重视继电保护系统可靠性的统计评价工作。目前用于评价该装置的方法主要参照正确动作率这一指标，并通过保护装置的电压大小进行分类计算，其划分范围为110kV以下、220kV以上和500kV或330kV的继电保护装置。

2继电保护隐性故障分析

目前，我国已拥有了较高的继电保护正确动作率，但一些隐性故障仍存在于继电保护系统中。隐性故障无法避免，并很有可能引发一系列故障，最终造成大面积停电等严重事故，因此，对继电保护隐性故障进行深入分析很有必要。下面，笔者将提出导致继电保护隐性故障的原因，并分析其故障评估方法。

2.1继电保护隐性故障的引发

隐性故障不会对正常运作的电力系统造成影响，但当系统某部分出现状况时就会触发该故障，同时还会连带产生其他故障。实际上，继电保护系统中的每个元件都有存在隐性故障的可能，然而这一故障并不代表继电器本身在设计或应用上存在问题。与其他故障相比，隐性故障更易出现于压力状态下的电力系统中。结合专家分析和相关资料，笔者总结出以下三点容易引发隐性故障的情况：

1）系统老化造成的隐性故障。系统元件损耗时间过长便很容易出现老化状况，并由此突发故障。

2）不良环境造成的隐性故障。这里的不良环境多指阴暗潮湿的雨雪天气，长期处于这种恶劣环境将对器具储存造成影响。

3）自然灾害造成的隐性故障。通常，火灾、地震、龙卷风等不可抗逆因素也会对系统造成影响，并且这种情况往往无法预测，发生概率也只能粗略计算。

2.2继电保护隐性故障评估

鉴于隐性故障不会在正常运行的系统中表现出来，研究人员应设计出有针对性的概率模型，结合不同的故障发生情况进行概率计算。常见的概率模型会对线路距离保护和线路过电流保护的隐性故障特征加以分析，并将元件寿命等因素加入到概率运算当中。而不良环境和自然灾害这类情况有一定的特殊性，不能采用传统的概率模型进行计算。模糊分析计算模型可将不同环境及各类灾害区分开来进行分析，得出的数据能将事故发生概率科学地呈现出来。另外一种评估方案是设计出隐性故障线路集。这一做法有助于搜索连锁故障发生路径，尽可能降低事故造成的损失。

3连锁故障风险

连锁故障又称为连锁停运，是指电力系统中两个或两个以上元件接连不断停止运行的情况。也就是说，系统中一个元件的失效将导致第二个元件的失效，并以此类推。下面，笔者将分析连锁故障风险的引发原因，并找出其相应的风险评估方法。

3.1连锁故障风险的引发

连锁故障影响到的系统元件种类的、范围广，是一个不间断的动态过程。造成该故障的原因十分罕见且无法预测，一旦引发将会损失惨重。

一般说来，线路负荷过大，电路电压波动过大就容易引发连锁故障。例如，超负荷的输电线路会导致负荷大幅度转移，从而造成电源和线路连续跳闸。从这一点看来，电网元件发生连锁故障的相互作用过程是：电力系统正常运作时，每个元件都附带有初始负荷。运行过程中，如果某元件因超负荷发生故障后，电网内的原始电压、功率等分布就会有所变动，丧失应有功能的元件负荷就会转移到正常的元件上，如果这些正常元件接收负荷过度就会停止运行，于是就引发负荷再分配。这一过程的不断循环会影响到所有元件的运作，造成电网瘫痪，最终停止运行。

3.2电力系统连锁故障风险评估

电力系统风险评估的首要步骤是确定元件的停运模型，随后根据该模型选出系统失效状态，从而计算出发生概率。接下来，技术人员就系统状态做出后果分析。这一分析过程可按照不同的研究系统和研究目的来进行设计，以此制定出不同的研究方案。在完成好上述工作后便可构建系统风险指标并进行指标计算。

本论文对连锁风险的评估建立在继电保护隐性故障的基础之上，评估工作划分如下：

1）确定隐性故障模型。该项工作应当放在实施初试状态搜索之前。技术人员要对继电保护动作数据进行分析，还要参考环境、自然因素和元件损耗程度来确定出隐性故障导致断路器在不必要的情况下自行跳闸的概率。

2）主要故障线路选择。即根据故障可能发生的概率情况选出一条主要线路，并对其与各线路进行搜索。

3）连锁故障过程分析。即在断开主要故障线路之后计算出电网中的电压和功率，以此判断系统有无失电现象，并检测故障出现后电路的电压越限、系统解列、母线孤立等状况。

4）风险指标计算。即将各线路发生故障的严重程度通过综合的风险评估指标按顺序排列出来。

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