继电保护隐性故障辨识技术研究

继电保护隐性故障辨识技术研究

徐琳1谭志强2

1.国网上海市电力公司青浦供电公司，上海市 201799

2.华东送变电工程有限公司，上海市 200335

摘要：继电保护隐性故障是指在正常运行时对系统不产生影响，但当某些部分运行状态改变时，才可能会被触发的一种永久性缺陷。其隐蔽性和不确定性增加了分析、识别的难度，往往会造成事故扩大。鉴于此，根据电力系统的现状，研究了几种实用的继电保护隐形故障辨识技术，并对其可行性、实用性进行了分析，以解决变电站、配电网运行可靠性、灵敏性等问题。

关键词：继电保护；隐性故障；辨识技术

引言

随着电力系统规模的逐渐扩大和电力需求的日益增长，网架结构也日趋复杂，电力系统二次保护装置作为隔离故障，防止事故扩大的主要装置，其正常工作为电力系统安全稳定运行提供了有效保障。而二次保护中的隐性故障有时候会像一颗无法察觉地定时炸弹，在系统正常运行时无法显现，一旦出现问题将炸弹引爆，就会导致无法估量地后果。因此如何有效辨识继电保护中隐性故障对二次保护装置安全稳定运行至关重要。

1电力系统的现状

电力系统中某区域电网由某变电站集中供电，通过变电站内10kV母线输出10kV线路辐射供电，每回供电线路均有多台变压器，单回线路采用柱上开关实现分段供电。但因线路设备运行已有30多年，柱上开关配置不完善，柱上开关未配置速断、过流等保护装置或年久导致保护失效，在线路发生故障时，开关不能快速且最小范围切除故障，而是直接由变电站内线路总电源开关动作来切除故障，切除设备数量较多，且故障影响的范围大，造成越级跳闸，事故扩大，与保护“四性”中“快速性、选择性”要求明显不符。故障处理时需要人工巡视检查线路，花费大量时间才能排查出故障点，排查出故障点后还需逐级操作恢复送电，恢复供电时间较长，供电可靠性得不到很好的保障。线路所接带的变压器负荷高压侧无断路器，而是使用跌落保险作为保护，保护的灵敏性、可靠性较差，运行过程中存在保护越级跳闸的现象，故现有的配电网设施及保护配置已不能满足时代发展的需要。

2电力系统继电保护隐性故障辨识技术

2.1继电保护软件型隐性故障的识别方法

目前所建立的继电保护软件型隐性故障识别模型缺乏较为准确通用的拓扑编码体系，且在实际诊断时需重复配置保护逻辑，导致模型普适性较差；此外，目前的模型、方法没有案例模板库，无法积累拓扑。已开展的研究中多关注电力系统的静态特性，未能充分挖掘各种保护信号对隐性故障识别的作用，且没有充分考虑各种保护的协调配合。1）通用的拓扑编码方法以编码形式将拓扑图储存在案例模板库中，无需重复对拓扑进行预处理，提高了使用效率。基于编码的关联性提出考虑断路器跳闸情况和支线类型的疑似故障区域识别方法，缩小了隐性故障识别范围。2）在疑似故障区域内基于编码方法配置了考虑后备保护和两端保护的多重保护逻辑，提高了保护逻辑库的准确性和普适性。由于保护之间的配置规则以及根据保护原理所搭建的逻辑关系式具有通用性，即使系统运行方式改变，隐性故障仍可识别。根据保护逻辑构建了期望信号集合并与实际信号集合对比，识别出保护系统中存在隐性故障的保护，达到了精准识别隐性故障的目的。3）设计实现了带有案例模板库的继电保护隐性故障识别软件，并通过实际案例验证了软件的实用性与准确性。

2.2完善监控系统，有效整合隐性故障保护

为优化电力系统继电保护性能，及时发现和消除潜在故障，工作人员必须对继电保护工作状态进行有效调整，结合故障位置，制定科学完善的隐性故障监管体系，确保故障维管工作顺利进行。具体措施如下：首先，要总结和分析继电保护隐性故障，科学合理地区分故障成因，为制定维管方案提供数据支持。其次，有效整合继电保护隐性故障特点和常见问题。例如，当电流增加时，会超过系统约定负荷值，电压持续下降而不能及时发现；电流和电压负载会引发阻抗角变化。通过强化隐性故障总结和整合，为制定完善的监控系统维管方案提供信息支持，同时也为继电保护隐性故障检查提供便利。在实际的维管工作中，工作人员可以把重点放在电流和电压细微变化上。借助自动化装置，有效检测隐性故障具体类型或潜在故障。在监督管理环节中，要合理观察电流与地线之间的相位角，若相位角为 20°，则可判断系统运行状态较为稳定；若电流电压相位角为 60°～85°，则可判断为三相反向短路故障。通过及时有效监控相位角，对电力系统运行状态进行有效判断，并确定是否需要实施隐性故障维管操作，或制定何种维管方案。

2.3系统角度的隐性故障辨识法

从系统的角度出发对同源冗余数据进行比对发现隐性故障。投入运行的继电保护设备，部分在运行过程中因各种因素会出现故障，通过对整个电网系统中各继电保护设备的历史故障信息进行统计分析，从系统的角度对某型号或某制造商产品在历史上的运行情况进行数据挖掘，可辅助识别分析判断得出某产品是否具备家族性缺陷等异常因素。通过对历史故障进行多维度分类统计，找出影响二次设备运行的关键因素，为二次设备的隐性故障辨识提供决策依据，统计的内容包括：（1）按重要性统计：即统计危急告警、重要告警、一般告警的次数及所占比重；（2）按影响范围统计：包括装置本体、外部回路、通道告警、系统告警等告警次数及所占比重，进一步还可以按影响范围的详细分类维度进行统计；（3）按告警详细分类统计：如统计CPU插件异常、定值异常、开出告警等的告警次数及所占比重。此外，还可以结合其他维度，对上述3类指标做进一步分类统计：（1）按二次设备厂家：如南瑞、四方、许继、南自等厂家的二次设备平均每装置告警指标（包括重要性指标、影响范围指标、告警详细分类统计指标等，下同）；（2）按装置型号：如RCS-931、CSC103B等，统计每种型号平均每装置的告警指标。统计上述信息后，按照一定指标进行划分，确定存在故障的继电保护设备，再根据隐性故障的分类及原因，对隐性故障进行辨识。

2.4基于时序网络结合深度学习的变电站继电保护故障诊断方法

精确化管理是泛在电力物联网建设的目标，继电保护设备的安全运行是电力系统安全运行的前提、基础和保障。快速准确地判断出继电设备的安全隐患、位置和故障类型对于实现电力系统安全运行具有重要的理论和实际意义。对于变电站继电保护设备来说，发生故障前运行时段、故障发生过程运行时段、故障后运行时段具有一定的时序，且各个阶段时序内部、外部都存在关联性，由此，需要建立故障报警信息的时序模型。采用深度学习的 LSTM 方法能够获得准确的故障诊断结果。

结语

立足于电力系统的继电保护隐性故障辨识法能够根据已有运行数据分析出系统可能存在地隐性故障，提前进行处理，防止影响二次系统正常工作。电力系统中除了继电保护装置外，一次设备也会存在隐性故障，在后面地研究中将一次设备和二次设备隐性故障相结合，可以进一步增强电网隐性故障辨识能力及安全稳定运行能力。

参考文献

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