电力系统继电保护隐藏故障诊断方法与系统重构研究

徐婷婷

(江苏省如东县供电分公司)

0 引言

为了适应社会和经济的发展, 在电力系统中经常采用电力系统结构。在电力系统迅速发展的同时, 存在的继电保护隐患对电力系统的稳定性和安全性造成了很大的威胁, 因此, 要积极地运用科学、行之有效的诊断手段, 对其进行精确的判定, 并采取针对性的措施, 确保继电保护系统的安全性。与此同时, 还应该注重对系统重构方法的有效运用, 并与电力系统的实际情况相结合, 选择一种适合的系统重构方法, 以确保整个电力系统的正常运行。

1 继电保护中隐藏故障的描述

1.1 继电保护中隐藏故障的概念

在电力系统中, 继电保护的隐藏故障是指其在日常工作过程中所出现的一些不太明显的故障, 如果没有相应的报警信号, 通常难以察觉。但是, 在电力系统出现故障或事故时, 由于继电保护中存在的隐藏故障, 使得系统不能有效地对故障或事故所损坏的线路进行有效的清除。这就是事故扩大的原因。此外, 隐藏的故障还会引起继电保护的失灵, 造成电力系统的断电。继电保护的隐蔽失效是继电保护的永久失效。如果不能及时发现和改正, 将会对电力系统的安全运行造成极大的威胁。

1.2 继电保护隐藏故障的原因

隐藏故障主要表现在继电保护系统的硬件和软件系统上, 所以隐藏故障的主要原因可分为两大类。

(1) 继电保护硬件故障。如: CT, PT 绝缘老化, 轻微放电, 绝缘下降, 继电接触器粘着; 保护测试仪出现偏移[1]。通常情况下, 很难用常规的检测方法来检测, 只能用常规的检测方法来检测。

(2) 继电保护软件故障: 在安装时, 一般都是开机后以正常的参数工作。但是, 如果继电保护装置的整定值设置不正确, 或者软件系统长时间运行, 都会对继电保护装置的正常运行产生影响。因为, 由于各种原因, 软件系统进行了混乱的运行, 不能正确地反映出电力系统的运行状况。

2 继电保护中隐藏故障的诊断方法

2.1 电力系统继电保护运行信息采集

利用数据采集技术, 从根本上能实现继电保护装置的在线监控。在此基础上, 利用扰动观察方法, 获得故障记录的波形, 以确保数据的时效性和完整性。将所记录的数据传回控制端, 以便于对暂态中继电保护的潜在故障进行更细致的分析。通过对这些参数的分析, 可以了解各种工况下的继电保护特性。通常来说, 用来说明继电保护系统中潜在的错误的警报数据可以分成7 个类别, 详细情况见表1[2]。通过这种方式, 可以根据收集到的信息内容及其分类来获得继电保护的运行信息。

2.2 基于保护测量值的关联性的监测隐藏故障的静态方法

(1) 监测隐藏故障的静态方法在电力系统中, 对各继电保护设备输入信号的取样值具有较强的相关性。利用继电保护设备之间的相互关系, 可以对继电保护设备中的潜在故障进行分析。通过采集发电机、变压器、输电线路等的电力输入信号, 并对其进行分析, 找出可能的潜在故障源和潜在故障源。隐藏故障的静态测量方法, 是建立在保护测量值之间存在相关性的基础上, 它需要在测量数据的时候, 能够实现数据的实时同步, 从而确保保护的固定值和不同输入数据的精度。(2) 继电保护装置测量电路的隐藏故障分析在电力系统中, 我们可以对继电保护装置进行观察, 比如, 接收节点的电压和电流采样数据, 比如, 运行状态参数, 比如, 软件和硬件自检信息, 以及运行报警信息代表了时间维度上的多维数据的混合, 如表2 所示。继电保护测试电路包括: CT, PT, 电缆, 变送器, 终端线, 采样保持电路, 模拟低通滤波器, 模/数变换电路, 多路复用模拟开关等。任何一个组件出现故障, 都有可能让继电保护装置不能获得关于网络运行的正确信息, 进而造成继电保护装置的误判和保护装置的误动作。

表2 继电保护装置多维数据

2.3 基于保护测量值的相关性的动态隐藏故障监测方法

(1) 基于保护测量值相关性的动态保护测量隐藏故障诊断方法在电力系统继电保护系统中, 保护装置在电气环节的相邻元件之间是功能互补的。每个保护装置应根据获得的测量值信息进行逻辑判断, 根据其自身获取的不同故障信息, 应进行不同的动作结果, 以保证保护动作的选择性。(2) 保护功能启动时测量值的关联性原则对于相同的故障信息, 线路保护装置的测量值之间存在着关联性。这种关联性与继电保护装置的保护原理有关, 也与不同保护装置之间的电路结构有关。当保护装置进入其动态特性时, 就会实施保护装置,这样就可以诊断出保护装置的隐藏故障。

(3) 保护装置调试时计算和测量中的隐藏故障分析

电力系统继电保护中的计算与测量一体化是指对继电保护装置采集的各种故障数据进行综合分析和处理。这些数据中包含的元件是测量和计算元件以及继电保护装置中的测量回路。通过对这些元件的重点测量, 可以避免隐藏故障的发生, 保证继电保护装置的正常运行。

3 继电保护系统的重构方法

3.1 电力系统继电保护与隐藏故障系统的结构分析

电力系统继电保护与隐藏故障系统的结构如图1所示, 整个系统由主站层、通信层、子站层和设备层组成。头端层由调度管理系统、调度工作站、数据服务器和打印机组成。主要功能是对上传的信息进行分析和处理, 并与其他系统进行数据交换和共享。通信层的作用是将各站收集和预处理的信息传输到头端层, 以方便工作人员查看和管理; 车站层的作用是对设备层收集的不同信息进行预处理, 然后通过通信层传输到头端层。设备层由微机保护、故障记录仪、GPS 等设备组成, 其主要功能是收集现场的故障信息[3]。

3.2 重构原则

(1) 完整性原则

改造继电保护系统时, 首先要分析系统中存在的问题, 然后应用改进的信号检测, 提高继电保护系统的可靠性和灵敏度, 进而提高整个系统的检测能力,纠正隐藏故障。对有故障的继电保护系统进行改造时, 应考虑完整性原则, 确保改造后系统的整体结构完好。

(2) 可靠性原则

在系统改造的情况下, 安全性和可靠性是首要条件, 必须满足任何电力系统的可靠性要求。

(3) 速度原则

在系统重新设计时, 也必须考虑到速度原则。也就是说, 一旦发现继电保护处于故障状态, 应及时选择合适的、完整的重构方案, 在短时间内完成系统重构, 减少故障风险, 防止发生其他事故。

(4) 经济原则

继电保护系统的重新设计还必须考虑到经济原则, 这可以从以下两个方面来解释。一是要保证在不改变网络结构和布局的情况下, 尽可能方便地进行系统的重新设计, 从而节约成本。第二, 就是在满足系统现代化各方面要求的基础上, 尽量选择变化最小、成本最低的现代化方案。

3.3 重构方法

继电保护系统的重构只是对系统中的不同资源进行重组。从简单的角度来看, 重组过程可以分为继电保护资源的重组、重组方法的选择和具体的实施方法。继电保护系统的重构模型如图2 所示。

图2 继电保护系统重构模型

重构过程应考虑以下几点。

(1) 继电保护资源

继电保护资源是系统重新设计的主要依据, 包括变压器、操作电源、测量元件和其他功能部件。与其他结构相比, 电力系统结构具有一定的开放性和共享性, 因此, 继电保护改造资源也应具有共享性, 以促进资源的整合, 保证继电保护系统改造的质量。

(2) 实现资源的有效整合

在继电保护资源的重构中, 要以电力系统的固定运行原理作为重构的基础, 有效整合系统内部元件,重新分配内部数据信号, 使各功能元件充分融合, 实现继电保护资源有效整合的目的。需要注意的是, 电磁式电流互感器与其他继电保护元件有很强的固定关系, 在整合资源时不能改变。在电磁式电流互感器的整合中, 可以利用信息技术来完成在线分配, 从而完成整合工作。

(3) 资源整合模式

在特殊运行过程中, 对电力系统的信息数据、测量数据和试验数据进行综合比较, 在综合考虑继电保护装置运行状况的基础上, 制定最优的资源整合方案, 选择科学合理的资源整合方式, 为继电保护系统的重构提供可靠的依据。在系统重构前, 可以建立完整的重构模型, 确保基础保障工作, 避免后期整合资源的流失。重构模型应包括: ①功能部件层, 主要是整合继电保护系统的功能部件; ②状态诊断层, 依托信息技术和计算机设备完成信息收集和分析决策, 主要是收集部件运行状态的基本信息, 进行状态诊断,通过分析和决策捕捉隐藏的部件故障, 制定完整的重构方案; ③为了协调决策层, 可以利用计算机技术进行各种信息和数据的交换, 进行系统数据的跨区域重构, 完成重构协调工作。

4 结束语

通过使用基于统计学的隐藏故障诊断方法、基于保护测量相关性的隐藏故障诊断方法以及由于电子变压器故障而产生的故障诊断方法, 可以有效降低隐藏故障对电力系统的风险。此外, 继电保护系统的重新配置方法可以进一步提高电力系统应对隐藏故障的能力。因此, 应加强对隐藏故障诊断方法和系统重构方向的研究, 使电力供应更安全、更可靠, 从而促进社会经济的发展。