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摘要：继电保护系统中隐藏的故障是继电保护众多故障类型中比较多的一种，由电力系统故障导致停电事故很多时候都是由继电保护的隐藏故障所导致的。因此可以看出，继电保护的隐藏故障对于电力系统所带来的影响也是比较大的，所以针对继电保护的隐藏故障监测便显得尤为的重要。
关键词：继电保护；隐藏故障；措施
2009年11月，巴西电网运行中因极端天气引发的故障、继电保护装置缺陷和监测策略不当导致大面积停电事故，损失负荷占巴西全部负荷的40%，受影响人口占总人口的26%，约有5000万人。2012年7月，印度电网超负荷运作导致连续发生两次大规模停电事故、继电保护缺陷显现出来，说明了电力系统运行中继电保护发挥的重要作用。
一、继电保护隐藏故障分析
（一）继电保护系统
继电保护系统必须在不利的运行环境和发生故障时按输入信号的要求动作正确可靠地将故障区域隔离，避免影响正常区域工作性能。继电保护系统的动作表现有两种，正确的和不正确的。继电保护系统的不正确的动作往往会导致电力系统整体性能下降。甚至导致大停电的发生。比如，2012年印度停电事故，2017年湖北荆州停电事故、台湾大规模大停电事故。根据国家电网公司对机电保护装置运行情况资料可知，2013年保护装置正常运行情况如表1所示。
表1 2013年保护装置运行情况
由表1可知，我国继电保护装置正确动作率大，但其仍然存在故障。2013年继电保护装置正确动作率（除750kV）均大于99%，“500kV”不正确次数达到7次，高于其他交流系统。其中显性故障可以通过人为观察和软件程序检查并防止，而隐藏故障不易发现，说明继电保护隐藏故障的存在是发生不正确动作的主要因素之一，继电器、电缆、电压互感器等元件往往产生隐藏故障。
（二）继电保护隐藏故障分类
（1）元件功能故障。继电保护装置内部具有多个元件，每个元件的完整性才能保证机电系统的正确动作。若方向继电器、电压互感器等元件由于环境和检测不合理的原因出现磨损、失灵等问题，造成整体功能性下降，这类隐藏故障可以通过定期检修减少发生概率，但很难从根本上解决这类故障；另外不同的元件具有的隐藏故障特点不同，其故障与线路元件的位置相关，可以通过分块的判断故障，见图1所示的分块示意法。
图1方向过电流保护原理分块分析
图1中，保护装置内部元件故障自左向右分为三类，分别是电压、电流互感器故障，功率方向元件及启动元件故障，时间计时器故障。其中，TV是电压互感器，TA是电流互感器Kwd和KA分别是功率方向元件和定值电流启动元件，KT是时间继电器。
（2）定值不合理故障。目前，常采用离线整定的手段确定继电保护定值主，具有一定的局限性。在确定定值过程中TA变化跟实际情况不吻合，缺少参数，出现计算错误，造成整定不满足电网运行的变化形式，而定整值没有根据实际做出调整，即使继电保护装置可以正常运行，但整定值计算的不合理性会导致隐藏故障的产生。
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（三）继电保护隐藏故障的动作机理
继电保护隐藏故障具有一定的隐蔽性，当电力系统运行时受到压力故障才会显现，比如电力系统处于负荷转移状态。且继电保护系统中的元件都有可能存在隐藏故障。以三段线路距离保护为例，简要分析隐藏故障的动作机理。开关ZⅠ发生异常闭合，是该保护装置的误动；时间元件Ⅱ因缺陷闭合属于隐藏故障，该缺陷只有在相邻线路保护装置Ⅰ段发生故障而导致保护装置Ⅱ段时才会显现。可见继电保护隐藏故障具有很大的隐蔽性。
二、继电保护隐藏故障概率模型
继电保护隐藏故障导致的不正确动作是有一定概率的，当前主要采用的隐藏故障概率模型有距离保护隐藏故障模型和过电流保护隐藏故障概率模型。当前实践中，通常采用概率计算隐藏故障发生不正确动作的概率。第一种概率模型与测量阻抗Z的距离保护有关，当测量阻抗Z＜3倍距离保护第Ⅲ段的整定值Z3时隐藏故障概率为常数PL；当Z＞3倍距离保护第Ⅲ段的整定值Z3时隐藏故障概率按指数规律迅速减少；第二种概率大小和线路电流I相关，线路电流I＞过电流保护第Ⅲ段的整定值I3时隐藏故障概率为常数PI，当0.1I3＜I＜I3时隐藏故障概率按直线趋势减少至0，I小于0.1I3时概率为0。两者可以较好地模拟预测不正确动作发生概率，但隐藏故障是一个连锁性概率事件，难以全面地反映继电保护系统内部不同装置和其运行方式发生隐藏故障的概率。在分析和计算概率事件时，要根据故障位置、保护装置原理、电流分配等问题对概率模型进行调整和完善。
三、继电保护隐藏故障的监测与风险
（一）继电保护隐藏故障风险分析
目前，采用风险理论定量地分析继电保护隐藏故障造成线路元件错误切除的概率与后果，评估电力系统连锁故障的危害程度。风险理论是一种考虑系统不确定性因素和其导致的危险概率和危害程度相结合起来的理论，核心是以分析评价隐藏故障的非正确动作概率和其对电力系统的危害程度为主要内容，通过相应计算全面地区分隐藏故障对电力系统的危害程度，通常用风险指标衡量风险大小。下式为电力系统的风险和隐藏故障发生概率与其对电力系统的危害程度关系式。
R=P故障×I危害 （1）
式中，R是电力系统风险；P故障是隐藏故障的发生概率；I危害是隐藏故障对电力系统的危害程度。
另外，采用仿真算法（Monte-Carlo法和重点抽样法）对继电保护隐藏故障进行风险评估，仿真算法能较详细地模拟连锁故障的产生过程，但在分析和计算中产生无用样本，增大了计算工作量，存在资源浪费现象，其中重点抽样法在转换概率时没有统一的标准保证故障的方差，这在一定程度上限制了仿真算法的应用。
（二）继电保护隐藏故障监测控制
不同的继电保护装置的隐藏故障不同，其产生的危害程度也不同，且和显性故障监测相比，继电保护隐藏故障只有在系统出现变化时显现出来，难以通过传统的离线式监测措施进行控制，将危害控制到最低。该系统通过与高脆弱性指数输出结果进行比较，经过逻辑判断，实现对保护装置的在线监测；但该方案不够成熟。当前没有专门的监测系统来监测继电保护系统是否存在隐藏故障，仅仅是借助微机保护中自检功能来保证系统运行，或采用对装置及设备采用定期抽样检验的方式来排除故障，这与电力系统数字化的发展背道而驰。我国数字化变电站技术的应用取得了突破，可利用电子智能设备充分数字化的特点，实现保护装置内部信息的共享，并对继电保护装置进行在线监测。
四、结论
很早之前便有研究人员提出了隐藏故障监测及控制系统，但在日后的电力自动化研究过程中，其重点的内容主要是微机保护的自身软件技术和硬件技术以及变电站的自动化技术，并且在对隐藏故障监测的和控制的过程中，研究的工作则是一直停滞不前，在最近的几年来，继电保护的隐藏故障监测和控制的研究工作才逐渐地发展起来。
参考文献
[1]申原.一种计及继电保护系统多模式隐藏故障的电网N-k风险方法研究[J].自动化与仪器仪表，2017，（11）：171-172.
论文作者:周怡彤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/15
标签：故障论文; 继电保护论文; 概率论文; 保护装置论文; 元件论文; 电力系统论文; 动作论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;