繼電保護(hù)隱藏故障的研究方法
【摘 要】電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài),并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出警示信號(hào)的裝置,對(duì)于電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要的作用。若繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生故障,將嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至使電力系統(tǒng)的故障擴(kuò)大導(dǎo)致大面積停電,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(hù),概率,繼電,電力系統(tǒng),連鎖
一、繼電保護(hù)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(hù)隱藏故障概率模型和過(guò)電流保護(hù)隱藏故障概率模型。
線路距離保護(hù)隱藏故障概率PHF與保護(hù)裝置測(cè)量阻抗Z有關(guān)。當(dāng)測(cè)量阻抗Z小于3倍距離保護(hù)第III段的整定值Z3時(shí)隱藏故障概率為常數(shù)PL;當(dāng)測(cè)量阻抗Z大于3倍距離保護(hù)第III段的整定值Z3時(shí)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(gè)連續(xù)性的事件,而上述評(píng)價(jià)隱藏故障概率的模型僅是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到,沒(méi)有涉及隱藏故障誤切線路的機(jī)理,這是不合適的。此外,上述模型僅對(duì)過(guò)流與距離保護(hù)中的隱藏故障進(jìn)行了描述,這也是不全面的。
二、繼電保護(hù)隱藏故障與電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
為了評(píng)估繼電保護(hù)隱藏故障對(duì)電力系統(tǒng)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(hù)隱藏故障造成線路元件錯(cuò)誤切除的概率與后果,通過(guò)這兩個(gè)因素的結(jié)合,可以作為對(duì)連鎖故障后果情況的評(píng)價(jià)依據(jù)。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者將風(fēng)險(xiǎn)理論應(yīng)用于評(píng)估由繼電保護(hù)隱藏故障引起電力系統(tǒng)連鎖故障的嚴(yán)重程度。
風(fēng)險(xiǎn)理論是一種將導(dǎo)致災(zāi)害的可能性和這種災(zāi)害的嚴(yán)重度相結(jié)合用來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的理論。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指采用一系列邏輯步驟,使設(shè)計(jì)人員和安全工程師能以一種系統(tǒng)的方式檢查由于設(shè)備的使用而產(chǎn)生的災(zāi)害,從而可以選擇適合的安全措施。電力系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能夠定量把握事故的可能性和嚴(yán)重性這兩個(gè)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(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響。將系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)定義為事故發(fā)生的概率與事故產(chǎn)生的后果即嚴(yán)重度的乘積,表達(dá)式如下:R =PEvent ×IEvent ,式中:R為風(fēng)險(xiǎn),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(biāo)主要有連鎖故障中損失的總負(fù)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(guò)程中斷開(kāi)的支路數(shù)等幾種。其中,損失總負(fù)荷數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)最適于衡量事故的后果,因?yàn)榕c其他指標(biāo)相比,連鎖故障中損失的總負(fù)荷數(shù)的計(jì)算比較容易,得到的結(jié)果也較精確。
目前進(jìn)行隱藏故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jù)繼電保護(hù)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(píng)價(jià)指標(biāo)。其基本原理為:構(gòu)造一個(gè)概率空間,在該概率空間中確定一個(gè)依賴于隨機(jī)變量x(任意維)的統(tǒng)計(jì)量g (x),其數(shù)學(xué)期望:E (g)=∫g(x)dF (x),式中F (x)為x的分布函數(shù)。
該數(shù)學(xué)期望剛好等于所要求的值G,然后產(chǎn)生隨機(jī)變量的簡(jiǎn)單子樣X(jué)1、X2、L、XN,用其相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量g(X1)、g(X2)、L、g(XN)的算術(shù)平均值作為G的近似估計(jì):
總的來(lái)說(shuō),采用抽樣法可以對(duì)連鎖故障的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行比較詳細(xì)的模擬,但是采用Monte-Carlo法時(shí),由于需要重復(fù)產(chǎn)生許多無(wú)用的樣本,浪費(fèi)了計(jì)算資源,采用重點(diǎn)抽樣法雖然能夠在一定程度上減少計(jì)算工作量,但是仍需要產(chǎn)生一定數(shù)量的無(wú)用樣本,故而也存在計(jì)算資源浪費(fèi)的現(xiàn)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(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),這在一定程度上可能會(huì)限制該方法的應(yīng)用。
三、繼電保護(hù)隱藏故障的監(jiān)測(cè)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(xiǎn)性,如能實(shí)現(xiàn)對(duì)于隱藏故障的監(jiān)測(cè)與控制,就可以在保護(hù)裝置執(zhí)行切除動(dòng)作之前做出針對(duì)此動(dòng)作的判斷,從而避免錯(cuò)誤的切除對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行造成的影響。在此方面,目前還沒(méi)有形成能夠投入應(yīng)用的成熟的監(jiān)控系統(tǒng)。
在1995年,弗吉尼亞理工大學(xué)的權(quán)威專家AG Phadke和JS Thorp指出了保護(hù)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(hù)隱藏故障的監(jiān)視與控制系統(tǒng)的技術(shù)方案,其基本思路如圖 (1-1)所示,該方案可以應(yīng)用到變電站中以控制那些具有高風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的保護(hù)裝置。隱藏故障監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)接收的信號(hào)輸入與被監(jiān)控保護(hù)裝置所接收的信號(hào)相同, 它的輸出和被監(jiān)控裝置的輸出以一個(gè)適當(dāng)?shù)倪壿嬓问铰?lián)系起來(lái)以監(jiān)督保護(hù)的輸出。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)決策和保護(hù)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(yīng)用的成熟系統(tǒng)。
在國(guó)內(nèi),近年來(lái)由于工業(yè)技術(shù)水平的快速發(fā)展以及對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的更高要求,對(duì)于繼電保護(hù)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(duì)繼電保護(hù)隱藏故障的監(jiān)測(cè)與控制的研究還沒(méi)有取得顯著成果。
總之,對(duì)繼電保護(hù)隱藏故障的研究是減少電力系統(tǒng)連鎖故障的關(guān)鍵所在,應(yīng)加大力度對(duì)此進(jìn)行更深入的研究,以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
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