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继电保护隐藏故障的研究方法
【摘 要】电力系统继电保护作为一种能反应电力系统电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出警示信号的装置,对于电力系统的安全与稳定运行起到了重要的作用。若继电保护系统发生故障,将严重影响电力系统的正常运行,甚至使电力系统的故障扩大导致大面积停电,给国民经济和人民生活带来不可估量的损失。
【关键词】研究,方法,故障,隐藏,保护,概率,继电,电力系统,连锁
一、继电保护隐藏故障的概率模型
目前已有的隐藏故障概率模型主要有两种:距离保护隐藏故障概率模型和过电流保护隐藏故障概率模型。
线路距离保护隐藏故障概率PHF与保护装置测量阻抗Z有关。当测量阻抗Z小于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;当测量阻抗Z大于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小,隐藏故障的概率模型如下式所示:
隐藏故障造成电网连锁故障是一个连续性的事件,而上述评价隐藏故障概率的模型仅是通过经验数据得到,没有涉及隐藏故障误切线路的机理,这是不合适的。此外,上述模型仅对过流与距离保护中的隐藏故障进行了描述,这也是不全面的。
二、继电保护隐藏故障与电力系统运行风险评估
为了评估继电保护隐藏故障对电力系统造成不同程度的危害,必须通过定量的分析方法来研究继电保护隐藏故障造成线路元件错误切除的概率与后果,通过这两个因素的结合,可以作为对连锁故障后果情况的评价依据。国内外很多学者将风险理论应用于评估由继电保护隐藏故障引起电力系统连锁故障的严重程度。
风险理论是一种将导致灾害的可能性和这种灾害的严重度相结合用来评价系统的理论。风险评估是指采用一系列逻辑步骤,使设计人员和安全工程师能以一种系统的方式检查由于设备的使用而产生的灾害,从而可以选择适合的安全措施。电力系统的风险评估能够定量把握事故的可能性和严重性这两个决定系统可靠性的因素,从而能够比较全面的反映事故对整个电力系统的影响。将系统的风险指标定义为事故发生的概率与事故产生的后果即严重度的乘积,表达式如下:R =PEvent ×IEvent ,式中:R为风险,PEvent为事故的概率,IEvent为事故的后果。
用来衡量连锁故障的指标主要有连锁故障中损失的总负荷数、受停电影响的总人口、停电损失的总电量、连锁故障过程中断开的支路数等几种。其中,损失总负荷数相对来说最适于衡量事故的后果,因为与其他指标相比,连锁故障中损失的总负荷数的计算比较容易,得到的结果也较精确。
目前进行隐藏故障风险评估的仿真算法主要采用Monte-Carlo法与重点抽样法(Importance Sampling)。Monte-Carlo法是根据继电保护隐藏故障的概率模型以及故障切除时间的概率分布通过多次抽样仿真得到连锁故障的发生概率及综合的评价指标。其基本原理为:构造一个概率空间,在该概率空间中确定一个依赖于随机变量x(任意维)的统计量g (x),其数学期望:E (g)=∫g(x)dF (x),式中F (x)为x的分布函数。
该数学期望刚好等于所要求的值G,然后产生随机变量的简单子样X1、X2、L、XN,用其相应的统计量g(X1)、g(X2)、L、g(XN)的算术平均值作为G的近似估计:
总的来说,采用抽样法可以对连锁故障的发展过程进行比较详细的模拟,但是采用Monte-Carlo法时,由于需要重复产生许多无用的样本,浪费了计算资源,采用重点抽样法虽然能够在一定程度上减少计算工作量,但是仍需要产生一定数量的无用样本,故而也存在计算资源浪费的现象,而且,虽然重点抽样法能够保证连锁故障发生的均值不变,但是其方差依赖于转换概率的选择,而如何选择转换概率以保证连锁故障发生的方差能够被合理地接受并没有统一的标准,这在一定程度上可能会限制该方法的应用。
三、继电保护隐藏故障的监测与防范
隐藏故障具有极大隐蔽性及可能造成连锁故障的危险性,如能实现对于隐藏故障的监测与控制,就可以在保护装置执行切除动作之前做出针对此动作的判断,从而避免错误的切除对电力系统正常运行造成的影响。在此方面,目前还没有形成能够投入应用的成熟的监控系统。
在1995年,弗吉尼亚理工大学的权威专家AG Phadke和JS Thorp指出了保护装置和系统的隐藏故障是造成电网连锁故障的重要原因之一,提出了建立继电保护隐藏故障的监视与控制系统的技术方案,其基本思路如图 (1-1)所示,该方案可以应用到变电站中以控制那些具有高风险指数的保护装置。隐藏故障监测控制系统接收的信号输入与被监控保护装置所接收的信号相同, 它的输出和被监控装置的输出以一个适当的逻辑形式联系起来以监督保护的输出。当监控系统决策和保护决策不同时,跳闸不被允许。然而,此方案一直没有形成可供工业应用的成熟系统。
在国内,近年来由于工业技术水平的快速发展以及对电力系统稳定运行的更高要求,对于继电保护隐藏故障这一问题的研究也已经引起了广大学者的重视,但目前对继电保护隐藏故障的监测与控制的研究还没有取得显著成果。
总之,对继电保护隐藏故障的研究是减少电力系统连锁故障的关键所在,应加大力度对此进行更深入的研究,以保证电力系统的正常运行。
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