考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估

【摘要】随着经济的不断发展，人们的生活水平不断提高，社会对于能源的需求也越来越大，在生产生活中对于电力资源的应用也越来越广泛，电能逐渐成为人们生活中不可或缺的一个组成部分，而对电能的需求也促进了电力行业的发展，国家电网工程的建设，使得输电网络的覆盖范围越来越广，输电网络也逐渐成为影响供电稳定的重要因素。本文提出了考虑继电保护隐性故障的电力系统连锁故障风险评估方法，并根据相应的模型和实例分析，提出了减小系统连锁故障风险的预防措施。

【关键词】继电保护；隐性故障；电力系统；连锁故障；风险评估

前言

随着经济的发展，我国电力行业的发展步伐也开始逐渐加快，电力行业的改革以及对新技术的应用也更加频繁，对于电力基础设施的管理也开始提上电力企业的工作日程。国家电网的建设使得电力网络的覆盖范围越来越大，而由于其结构和运行方式的复杂化和多样化，电网的安全问题也成为人们关注的重点。继电保护是保障电网安全稳定运行的第一道防线，其作用和意义都是十分重大的。

1 传统继电保护中存在的问题

1.1 定值整定和配合困难

现代电网的不断发展和扩大，使得其自身的结构和运行方式变得复杂多样，从而导致相关的后备保护之间动作的配合十分复杂，采用就地检测量和延时实现配合的方式变得困难，在大多数情况下无法确保选择性。目前，人们为了减少工作量和成本投入，在继电保护中多采用“加强主保护，简化后备保护”的方式，对后备保护的重要性认识不足，一味进行简化甚至放弃相应的后备保护配置，这就为电网的运行埋下了安全隐患。对于许多大功率电网而言，在发生高阻故障时，即使采用双套主保护，仍不能完全杜绝其拒动的发生。

1.2 远后备保护延时过长

目前我国电网继电保护系统采用的是多级阶梯的延时配合，对电网进行保护，这就造成后备保护延时过长电力网络管理人员无法及时受到相应的数据信息，不利于电网的安全运行。

1.3 自主应变能力较差

传统的继电保护系统中的后备保护因为受到自身运行方式的限制，其自主应变能力较差，一旦电网网架结构和运行方式出现较大的改变，会导致后备保护动作特性失配，对事故无法及时作出反应，进而导致误动或事故的扩大。

1.4 潜在风险较大

如果电网结构和运行状态出现突发性改变，在电荷大量转移的情况下，很可能造成电网继电保护系统判断失误，造成非预期连续跳闸，引发系统的解列或大范围的停电事故。产生这些问题的原因，是目前电力网络中使用的继电保护系统的动作依据仅仅是保护安装处设备的本身信号，而非系统的全面信号。因此，对广域信息进行收集和参考，很可能解决传统继电保护系统中存在的一些问题。

2 继电保护隐性故障

继电保护隐性故障，是指在电力系统正常运行时，对于系统不会产生任何影响，而一旦电力系统中的某些部分发生变化是，却会导致大面积故障发生的故障。在系统正常运行时，隐形故障几乎不可能被发现，处于潜伏状态。而一旦系统中有故障发生，继电保护设备在解决故障后，需要对电力系统中的电流进行重新分配，此时，就有可能触动隐性故障，使其从潜伏状态忽然爆发，导致系统出现误动作，从而造成连锁故障，对电力系统造成严重的影响和破坏。

根据相关的调查数据显示，继电保护隐性故障产生的原因大致可以分为两类：其一，继电保护定值不合理，即保护定值整定计算的错误以及保护定值过时；其二，继电保护系统设备不够完善，缺陷必要的硬件设施，主要包括通信系统故障、测量元件故障、保护装置元件老化、接触不良、绝缘不良、接线错误等。

继电保护隐性故障的爆发，会导致电力系统的初始故障不断发展，逐步恶化，甚至发展为连锁故障，造成大范围的停电事故，严重影响区域范围内居民的正常生活和工作。因此，要建立相应的模型，对继电保护隐性故障进行分析和检测。常用的几种继电保护隐性故障模型主要有：考虑输电线路三段距离保护的隐性故障概率模型，考虑阶段式电流保护的隐性故障概率模型，考虑线路潮流越限的继电保护隐性故障概率模型。要根据系统实际情况，选择恰当的模型进行分析。

3 电力系统连锁故障

3.1 建立连锁故障模型

对于电力系统连锁故障而言，其常用模型主要有三个：首先，OPA模型，是建立在直流潮流方程基础上的故障模型，该模型对于系统运行的要求较高，在建立模型时必须满足在实现功率平衡和负荷节点不注入功率的基础上，保证发电机的输出功率以及输电线路中的潮流小于极限值。在这样的条件下，系统模型为了解决线性规划问题，必须同时满足多个约束条件，使得线路负荷超过极限值，从而有一定的概率，使得电力系统发生连锁故障，为连锁故障的分析提供参考。其次，CASCADE模型，其基本思想是：假设存在多条相同的输电线路，且都带有随机初始负荷，初始扰动会导致系统中一个或多个元件发生故障，而故障元件附带的负荷会按照一定的负荷分配原则，向其它完好元件转移，从而形成连锁故障。最后，考虑隐性故障的连锁故障模型，此种模型采用直流潮流法，对传统模型进行改进和创新，假设继电保护装置在初次不受保护后，误动概率为零，重合闸不启动，就可以对系统中的薄弱环节进行寻找。模型对于连锁故障的模拟有随机选择的初始线路跳闸开始，如果与该初始线路连接的末端线路潮流超过限定值，就会造成新的线路跳闸；反之，则要根据隐性故障的机理和发生概率，对线路是否跳闸进行判断。每次跳闸后，需要对线路潮流进行重新计算，直到连锁故障停止。相对来说，该模型的约束条件是：

（1）节点电压是否存在严重的超限现象；

（2）发电机跳闸；

（3）系统发生解列或者负荷孤立。

3.2 连锁故障风险评估指标

电力系统一旦发生连锁故障，会造成电源脱离、负荷切除等严重的后果，将着两个方面的风险进行综合分析和计算，可以得到连锁故障对于电力系统的综合风险值。

公式中， 表示连锁故障的指标，即第i条线路发生隐性故障所导致的系统连锁故障的严重程度； 表示第i条线路引发系统连锁故障的概率； 表示第i条线路引发连锁故障后，造成的电源和负荷功率损失所占总功率的概率； 表示发生连锁故障的不同线路跳闸的概率。

4 结语

总而言之，根据电力系统的实际情况，选择适当的模型和方法，对由于继电保护装置误动造成的电力系统连锁故障的过程和机理进行分析和研究，其风险评估的结果可以指出系统中存在的薄弱环节。相关技术人员必须充分重视起来，对相应的预防措施进行分析和研究，保证电力系统的安全运行。

参考文献：

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