考虑隐性故障的继电保护系统可靠性分析及评估

杨寅明

摘 要：电力系统的继电保护设备是保证电力安全的关键设施，如果突然发生故障，将导致停电并威胁该区域内的电力传输安全。从现状来看，安全稳定控制仍处于初步探索阶段。本文是从电力系统的继电保护通常故障着手，关键是分析和探讨继电保护故障解決措施，希望能给行业有关人士提供一些参考与借鉴。

关键词：继电保护;安全稳定控制系统;隐性故障

引言：由于继电保护故障的出现，某种程度上会影响到生产能否顺利展开，这也限制了国民生活水平的提升，从而减少电力系统的继电保护故障的出现，是所有电力系统工作者需要面对且要解决的问题。从现阶段的分析状况来看，虽然继电保护是电力系统中具备关键的应用价值，但是在部分不能避免的要素面前，继电保护还可能会出现故障，而该故障的出现会严重影响到电力系统的安稳运行，因此积极对故障展开分析与问题的处理具备关键的意义。如此，系统地探讨继电保护故障的出现以及详细的解决手段便有着十分关键的现实价值。

1.继电保护系统的隐性故障分析

在电力系统相关设备稳定运行过程中，继电保护系统存在的电力隐性故障不会产生严重的影响，如果电力系统相关设备组件有了变化时，就会引发隐性故障，从而导致电力系统发生运行故障。因为电力系统的组件结构具有复杂性，所以很难被及时发现隐性风险，如果电力系统中发生运行故障，会重新分配电力系统潮流。在作用过程中，电力系统由于隐性故障引发保护装置的误动作，使电力系统中存在的隐性故障明显化，故障范围可以作用到电力系统的各个环节中。电力系统中发生隐性故障的有两方面原因：一是电力系统中设备的定值以及软件设置引发参数值发生错误，继电系统产生的保护动作对系统中的隐性故障发生错误判断。二是电力系统中的继电保护装置测量元件和通信系统、保护系统、测量系统等发生故障，引发继电保护拒动和误动。继电保护系统隐性故障是主要的表现形式。研究发现，继电保护系统中存在的隐性故障主要有两种形式：一是发生操作失败，二是引发意外跳闸。由于电力系统出现故障导致操作失败，所以继电保护装置不能清除将其中的运行故障;而系统发生意外跳闸是指电力系统中没有出现故障和故障发生在保护区外，系统产生误跳闸。系统操作如果发生失败，当系统产生故障后，系统会通过后备保护切除故障线路，但显示操作失败后可能扩大系统中的运行故障范围。对于因自发性意外产生的跳闸现象，其会产生大范围停电，这和系统中的隐性故障发生相联，并且和系统运行条件发生关联。

2 隐性故障下的继电保护的可靠性与风险评

2.1 隐性故障条件下的OPA 模型

这类故障模型表现为直流潮流方程，其作用原理是利用标准线性规划方法解决电力系统运行中如何实现功率调度问题。通过模型优化可以确保隐性故障存在的价值函数实现最小化。所以，在评估此类模型过程中，需要满足一定的外在条件，前提是保持功率相对平衡和负荷节点不发生注入功率，这可以实现电力系统中发电机设备实际功率和线路潮流同时小于运行的极限值。

2.2 隐性故障下的CASCADE 模型

通过CASCADE 模型对隐性故障存在的风险进行评估时，电力系统中可假设有N 条相同的传输线，这些线路带有随机性质的初始电力负荷。所以初始扰动值d 会在引发电力系统中的元件发生故障，故障元件产生的电力负荷可以按照电力系统内在的继电保护进行电力分配，将其合理转移到另外相关设备元件中，发生连锁电力故障。

3.发生连锁故障的风险分析

3.1 连锁故障风险原因

影响连锁故障的系统元件种类多，且范围也广，小间断动态过程不能可靠预测的。通常情况下，电力系统由于线路负荷过大，就会此发连锁故障，超负荷输电线路还会促使负荷幅度产生转移，进而产生整个系统的电源和线路发生跳停。风险分析之后发现，电网元件之间连锁故障有非常的相互作用。在电力系统正常运行时，元件在带有初始的负荷的状态下运行，如果某一个元件存在超负荷故障了，那么电网中的初始电压和功率也就会发生改变，不仅元件应有的功能丧失了，还会导致元件负荷直接作用到正常的元件上，如果元件的接收负荷发生改变，也会导致电网停止运行。停止运行会引发电网瘫痪，造成经济损失。

3.2 电力系统发生连锁故障后的风险评估

电力系统发生连锁故障后要评估风险的状态，首先要完成元件的停运模型，然后结合模型来确定电力系统的失效状态，可以结合系统的状态进行后果分析，分析过程可以依据不同的状态来进行可靠性评估设计和规划，在确定好相关的内容之后，就可以依据系统存在的风险指标进行指标计算。

4.如何提高继电保护可靠性

4.1 继电保护的信息化

信息技术在快速发展，信息技术的科技含量也逐步提高。和原有的小型机，现在工控机的功能日趋强大，存储容量和运行速度发生了很大的变化，采用成套的工控机可以进行继电保护，提升了继电保护中的可靠性。继电保护装置可以主切除故障元件，保证整体系统，所以通过计算机和网络技术，可以将电力系统整体连接起来，不同的保护单元都可以实现共享数据信息故障，微机保护装置的网络和数据信息得以共享。

4.2 继电保护运行的智能化

人工智能已应用在多个领域和多个行业。人工智能应用于继电保护领域是技术上的创新。比如在电力系统实施继电保护时，可以采用遗传算法、BP神经网络元算法等。人工智能应用在继电保护领域，可以提高继电保护的稳定性。人工智能具有逻辑思维，可以快速准确地处理信息，所以提高了继电保护系统的可靠性。

4.3 使用数字器件

性能可靠的数字器件，如FPGA和CPLD可以应用于继电保护领域，提高了继电保护的系统质量。EPGA是一类可实现编程的逻辑器件，CPLD是另一种可进行编程序的逻辑类器件，具有功能集成化的特点，FPGA和CPLD可以将不同微机系统的功能集成。由于数字控制器和继电保护系统实现了集成，所以响应速度和可靠性得到提升。FPGA和CPLD数字控制器件缩短了继电保护装置的开发时间，继电保护的可靠性提高了。

4.4 继电保护的冗余设计

继电保护系统通过冗余设计可以提高继电保护的性能，冗余设计的基础就是保证继电保护系统的运行稳定，允许部分装置不正常状态的容错技术。在对继电保护硬件进行冗余设计时，可采用串联、表决、备用切换等不同的技术方法。继电保护装置通过冗余设计可以改善继电保护的可靠性和稳定性。

5.结束语

继电保护系统分析可知，研究继电保护系统存在的隐性故障，可以采用传统电力系统的可靠性建模，也可以使用系统的一次设备和二次设备共同组成的电力系统模型，以此研究电力系统中继电保护装置发生隐性故障的原因，电力系统继电保护装置由于存在某些缺陷，所以在运行过程中存在风险性和不稳定性。此外，电力系统中发生继电保护装置的隐性故障后，由于具体原因具复杂性。在评估系统隐性风险时，可以利用危害程度风险评估法和隐性危险等级风险评估法，对电力系统的稳定性实施全面评估，从而解决继电保护系统中存在在的隐性故障问题。

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