繼電保護隱藏故障的研究方法
【摘 要】電力系統(tǒng)繼電保護作為一種能反應電力系統(tǒng)電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài),并動作于斷路器跳閘或發(fā)出警示信號的裝置,對于電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行起到了重要的作用。若繼電保護系統(tǒng)發(fā)生故障,將嚴重影響電力系統(tǒng)的正常運行,甚至使電力系統(tǒng)的故障擴大導致大面積停電,給國民經(jīng)濟和人民生活帶來不可估量的損失。
【關鍵詞】研究,方法,故障,隱藏,保護,概率,繼電,電力系統(tǒng),連鎖
一、繼電保護隱藏故障的概率模型
目前已有的隱藏故障概率模型主要有兩種:距離保護隱藏故障概率模型和過電流保護隱藏故障概率模型。
線路距離保護隱藏故障概率PHF與保護裝置測量阻抗Z有關。當測量阻抗Z小于3倍距離保護第III段的整定值Z3時隱藏故障概率為常數(shù)PL;當測量阻抗Z大于3倍距離保護第III段的整定值Z3時隱藏故障概率按指數(shù)規(guī)律迅速減小,隱藏故障的概率模型如下式所示:
隱藏故障造成電網(wǎng)連鎖故障是一個連續(xù)性的事件,而上述評價隱藏故障概率的模型僅是通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到,沒有涉及隱藏故障誤切線路的機理,這是不合適的。此外,上述模型僅對過流與距離保護中的隱藏故障進行了描述,這也是不全面的。
二、繼電保護隱藏故障與電力系統(tǒng)運行風險評估
為了評估繼電保護隱藏故障對電力系統(tǒng)造成不同程度的危害,必須通過定量的分析方法來研究繼電保護隱藏故障造成線路元件錯誤切除的概率與后果,通過這兩個因素的結(jié)合,可以作為對連鎖故障后果情況的評價依據(jù)。國內(nèi)外很多學者將風險理論應用于評估由繼電保護隱藏故障引起電力系統(tǒng)連鎖故障的嚴重程度。
風險理論是一種將導致災害的可能性和這種災害的嚴重度相結(jié)合用來評價系統(tǒng)的理論。風險評估是指采用一系列邏輯步驟,使設計人員和安全工程師能以一種系統(tǒng)的方式檢查由于設備的使用而產(chǎn)生的災害,從而可以選擇適合的安全措施。電力系統(tǒng)的風險評估能夠定量把握事故的可能性和嚴重性這兩個決定系統(tǒng)可靠性的因素,從而能夠比較全面的反映事故對整個電力系統(tǒng)的影響。將系統(tǒng)的風險指標定義為事故發(fā)生的概率與事故產(chǎn)生的后果即嚴重度的乘積,表達式如下:R =PEvent ×IEvent ,式中:R為風險,PEvent為事故的概率,IEvent為事故的后果。
用來衡量連鎖故障的指標主要有連鎖故障中損失的總負荷數(shù)、受停電影響的總?cè)丝�、停電損失的總電量、連鎖故障過程中斷開的支路數(shù)等幾種。其中,損失總負荷數(shù)相對來說最適于衡量事故的后果,因為與其他指標相比,連鎖故障中損失的總負荷數(shù)的計算比較容易,得到的結(jié)果也較精確。
目前進行隱藏故障風險評估的仿真算法主要采用Monte-Carlo法與重點抽樣法(Importance Sampling)。Monte-Carlo法是根據(jù)繼電保護隱藏故障的概率模型以及故障切除時間的概率分布通過多次抽樣仿真得到連鎖故障的發(fā)生概率及綜合的評價指標。其基本原理為:構(gòu)造一個概率空間,在該概率空間中確定一個依賴于隨機變量x(任意維)的統(tǒng)計量g (x),其數(shù)學期望:E (g)=∫g(x)dF (x),式中F (x)為x的分布函數(shù)。
該數(shù)學期望剛好等于所要求的值G,然后產(chǎn)生隨機變量的簡單子樣X1、X2、L、XN,用其相應的統(tǒng)計量g(X1)、g(X2)、L、g(XN)的算術平均值作為G的近似估計:
總的來說,采用抽樣法可以對連鎖故障的發(fā)展過程進行比較詳細的模擬,但是采用Monte-Carlo法時,由于需要重復產(chǎn)生許多無用的樣本,浪費了計算資源,采用重點抽樣法雖然能夠在一定程度上減少計算工作量,但是仍需要產(chǎn)生一定數(shù)量的無用樣本,故而也存在計算資源浪費的現(xiàn)象,而且,雖然重點抽樣法能夠保證連鎖故障發(fā)生的均值不變,但是其方差依賴于轉(zhuǎn)換概率的選擇,而如何選擇轉(zhuǎn)換概率以保證連鎖故障發(fā)生的方差能夠被合理地接受并沒有統(tǒng)一的標準,這在一定程度上可能會限制該方法的應用。
三、繼電保護隱藏故障的監(jiān)測與防范
隱藏故障具有極大隱蔽性及可能造成連鎖故障的危險性,如能實現(xiàn)對于隱藏故障的監(jiān)測與控制,就可以在保護裝置執(zhí)行切除動作之前做出針對此動作的判斷,從而避免錯誤的切除對電力系統(tǒng)正常運行造成的影響。在此方面,目前還沒有形成能夠投入應用的成熟的監(jiān)控系統(tǒng)。
在1995年,弗吉尼亞理工大學的權(quán)威專家AG Phadke和JS Thorp指出了保護裝置和系統(tǒng)的隱藏故障是造成電網(wǎng)連鎖故障的重要原因之一,提出了建立繼電保護隱藏故障的監(jiān)視與控制系統(tǒng)的技術方案,其基本思路如圖 (1-1)所示,該方案可以應用到變電站中以控制那些具有高風險指數(shù)的保護裝置。隱藏故障監(jiān)測控制系統(tǒng)接收的信號輸入與被監(jiān)控保護裝置所接收的信號相同, 它的輸出和被監(jiān)控裝置的輸出以一個適當?shù)倪壿嬓问铰?lián)系起來以監(jiān)督保護的輸出。當監(jiān)控系統(tǒng)決策和保護決策不同時,跳閘不被允許。然而,此方案一直沒有形成可供工業(yè)應用的成熟系統(tǒng)。
在國內(nèi),近年來由于工業(yè)技術水平的快速發(fā)展以及對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的更高要求,對于繼電保護隱藏故障這一問題的研究也已經(jīng)引起了廣大學者的重視,但目前對繼電保護隱藏故障的監(jiān)測與控制的研究還沒有取得顯著成果。
總之,對繼電保護隱藏故障的研究是減少電力系統(tǒng)連鎖故障的關鍵所在,應加大力度對此進行更深入的研究,以保證電力系統(tǒng)的正常運行。
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