繼電保護隱藏故障的研究方法
【摘 要】電力系統繼電保護作為一種能反應電力系統電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出警示信號的裝置,對于電力系統的安全與穩定運行起到了重要的作用。若繼電保護系統發(fā)生故障,將嚴重影響電力系統的正常運行,甚至使電力系統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(lái)不可估量的損失。
【關(guān)鍵詞】研究,方法,故障,隱藏,保護,概率,繼電,電力系統,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(guò)電流保護隱藏故障概率模型。
線(xiàn)路距離保護隱藏故障概率PHF與保護裝置測量阻抗Z有關(guān)。當測量阻抗Z小于3倍距離保護第III段的整定值Z3時(shí)隱藏故障概率為常數PL;當測量阻抗Z大于3倍距離保護第III段的整定值Z3時(shí)隱藏故障概率按指數規律迅速減小,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(gè)連續性的事件,而上述評價(jià)隱藏故障概率的模型僅是通過(guò)經(jīng)驗數據得到,沒(méi)有涉及隱藏故障誤切線(xiàn)路的機理,這是不合適的。此外,上述模型僅對過(guò)流與距離保護中的隱藏故障進(jìn)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運行風(fēng)險評估
為了評估繼電保護隱藏故障對電力系統造成不同程度的危害,必須通過(guò)定量的分析方法來(lái)研究繼電保護隱藏故障造成線(xiàn)路元件錯誤切除的概率與后果,通過(guò)這兩個(gè)因素的結合,可以作為對連鎖故障后果情況的評價(jià)依據。國內外很多學(xué)者將風(fēng)險理論應用于評估由繼電保護隱藏故障引起電力系統連鎖故障的嚴重程度。
風(fēng)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合用來(lái)評價(jià)系統的理論。風(fēng)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。電力系統的風(fēng)險評估能夠定量把握事故的可能性和嚴重性這兩個(gè)決定系統可靠性的因素,從而能夠比較全面的反映事故對整個(gè)電力系統的影響。將系統的風(fēng)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(fēng)險,PEvent為事故的概率,IEvent為事故的后果。
用來(lái)衡量連鎖故障的指標主要有連鎖故障中損失的總負荷數、受停電影響的總人口、停電損失的總電量、連鎖故障過(guò)程中斷開(kāi)的支路數等幾種。其中,損失總負荷數相對來(lái)說(shuō)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的計算比較容易,得到的結果也較精確。
目前進(jìn)行隱藏故障風(fēng)險評估的仿真算法主要采用Monte-Carlo法與重點(diǎn)抽樣法(Importance Sampling)。Monte-Carlo法是根據繼電保護隱藏故障的概率模型以及故障切除時(shí)間的概率分布通過(guò)多次抽樣仿真得到連鎖故障的發(fā)生概率及綜合的評價(jià)指標。其基本原理為:構造一個(gè)概率空間,在該概率空間中確定一個(gè)依賴(lài)于隨機變量x(任意維)的統計量g (x),其數學(xué)期望:E (g)=∫g(x)dF (x),式中F (x)為x的分布函數。
該數學(xué)期望剛好等于所要求的值G,然后產(chǎn)生隨機變量的簡(jiǎn)單子樣X(jué)1、X2、L、XN,用其相應的統計量g(X1)、g(X2)、L、g(XN)的算術(shù)平均值作為G的近似估計:
總的來(lái)說(shuō),采用抽樣法可以對連鎖故障的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行比較詳細的模擬,但是采用Monte-Carlo法時(shí),由于需要重復產(chǎn)生許多無(wú)用的樣本,浪費了計算資源,采用重點(diǎn)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)生一定數量的無(wú)用樣本,故而也存在計算資源浪費的現象,而且,雖然重點(diǎn)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(lài)于轉換概率的選擇,而如何選擇轉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(méi)有統一的標準,這在一定程度上可能會(huì )限制該方法的應用。
三、繼電保護隱藏故障的監測與防范
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(shí)現對于隱藏故障的監測與控制,就可以在保護裝置執行切除動(dòng)作之前做出針對此動(dòng)作的判斷,從而避免錯誤的切除對電力系統正常運行造成的影響。在此方面,目前還沒(méi)有形成能夠投入應用的成熟的監控系統。
在1995年,弗吉尼亞理工大學(xué)的權威專(zhuān)家AG Phadke和JS Thorp指出了保護裝置和系統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視與控制系統的技術(shù)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(fēng)險指數的保護裝置。隱藏故障監測控制系統接收的信號輸入與被監控保護裝置所接收的信號相同, 它的輸出和被監控裝置的輸出以一個(gè)適當的邏輯形式聯(lián)系起來(lái)以監督保護的輸出。當監控系統決策和保護決策不同時(shí),跳閘不被允許。然而,此方案一直沒(méi)有形成可供工業(yè)應用的成熟系統。
在國內,近年來(lái)由于工業(yè)技術(shù)水平的快速發(fā)展以及對電力系統穩定運行的更高要求,對于繼電保護隱藏故障這一問(wèn)題的研究也已經(jīng)引起了廣大學(xué)者的重視,但目前對繼電保護隱藏故障的監測與控制的研究還沒(méi)有取得顯著(zhù)成果。
總之,對繼電保護隱藏故障的研究是減少電力系統連鎖故障的關(guān)鍵所在,應加大力度對此進(jìn)行更深入的研究,以保證電力系統的正常運行。
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