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今天带给大家的是国电南瑞科技股份有限公司电网安全稳定控制技术分公司赵丽莉等关于继电保护与安全稳定控制系统隐性故障研究综述及展望方面的详细内容, 该文原文发表在2014年《电力系统自动化》第22期, 敬请品读。
继电保护与安全稳定控制系统隐性故障研究综述及展望
DOI：10.7500/AEPS20140128004
赵丽莉, 李雪明, 倪明
继电保护与安全稳定控制装置的隐性故障由装置本身缺陷或人为因素所致, 电力系统正常运行下不会显现, 具有隐蔽性。被触发概率虽小, 但一旦发生, 对电力系统的安全稳定控制防御将产生冲击, 目前已成为国内外大停电事故的重要诱因之一。
继电保护隐性故障有３种较常见分类方法: ①根据造成隐性故障的原因可分为硬件、软件、定值、自然灾害和人为因素等隐性故障; ②基于保护元件的功能缺陷分为硬件故障导致的隐性故障和人为失误、保护设置导致的隐性故障; ③根据继电保护装置动、静态特性分为动态和静态隐性故障。这３种分类选取角度虽不同, 实质都是从软、硬件两方面进行分类, 在此之上又细分为人为因素和装置本身设计缺陷引起的隐性故障。
考虑继电保护失效类型, 继电保护隐性故障包括保护的拒动和二类误动, 基于马尔可夫分析法建立计及断路器和保护装置本体的继电保护系统隐性故障通用概率模型。模型中二类误动概率因不同继电保护的功能模块不尽相同。目前, 常用继电保护功能模块隐性故障概率模型大致有５种: 2种线路距离保护Ⅲ段隐性故障概率模型, 以及考虑线路潮流越限的保护隐性故障概率模型, 过流保护隐性故障概率模型, 考虑发电机端电压的保护隐性故障概率模型。
纵观现今继电保护隐性故障概率建模过程, 主要计及设备的软硬件及控制原理, 获取继电保护装置隐性故障概率及其随电网电气量(电压、电流、线路潮流)变化的规律或者是从继电保护装置整体出发建立隐性故障概率模型。这些建模过程并未具体体现人为失误、设备生产质量、设备管理与维护等因素的影响机制, 只反映了这些因素导致的后果, 如何将这些因素在建模过程中体现出来值得深思, 这将有利于人为失误的减少、装置的完善及装置与电网运行的配合等。
为量化继电保护隐性故障对电力系统的影响, 常用马尔可夫法、事件树法和故障树法等风险分析法, 在此基础上重要度分析法和成功流(GO)法等被提出。仿真分析领域多以蒙特卡洛法和重要抽样法来模拟隐性故障导致电力系统连锁故障的过程。鉴于隐性故障的隐蔽性和爆发性, 需开发相关监测系统, 但一直以来未能形成成熟技术。
总结实际电网的事故经验, 安全稳定控制装置的隐性故障主要出现在测量、策略、定值、通信和表决模式5个环节。
1) 测量环节易发生电压互感器断线、测量回路芯片失效和测量值出错等事故, 造成隐患。
2) 控制策略若不能适应电网运行方式变化将致安全稳定控制装置误动作(包括过切、欠切和误切), 造成电力故障进一步扩大。
3) 装置的定值正确与否决定着装置能否有效发挥作用, 关系着被监控对象能否在故障发生时迅速正确地判出故障类型。不合理的定值或者错误的定值将不利于安全稳定控制装置自身的安全和电力系统的稳定。
4) 为实现大范围的稳定控制, 通常将多厂站的安全稳定控制装置经通信通道和通信接口设备联系在一起协同工作, 实现区域安全稳定控制的功能。通信过程中若出现误码、通信通道传输不稳定、信息传送不及时等问题会影响命令的接收和执行, 有可能错过策略的最佳执行时间或者造成安全稳定控制装置不正确动作, 导致更为严重的故障。
5) 安全稳定控制系统的设计采用了冗余设计法, 由于表决模式类型直接影响着安全稳定控制系统防误动和防拒动特性, 冗余设计过程中需考虑安全稳定控制系统控制出口逻辑的表决模式类型。安全稳定控制系统的表决模式有3种: "三取二", 相对较完美, 但成本高、接线复杂、运行维护困难等问题使其较少被采用; "二取二", 有效防止了任何一套装置因隐性故障误动, 但存在拒动隐患; "二取一", 综合了安全可靠性和经济性, 成为普遍采用的方式, 但存在误动隐患, 需配合采取各种防误措施。
大停电事故分析发现, 继电保护之间、安全稳定控制系统间、继电保护与安全稳定控制系统间或者继电保护、安全稳定控制系统与电厂涉网参数间的不匹配, 易造成故障隐患。
1) 继电保护间的配合不协调主要体现在本保护与下级保护间的定值配合不合理。
2) 传统的安全稳定控制系统往往局限于某一网省公司范围, 负责区域内电网的稳定运行。随着特高压交直流输电网架的形成, 区域电网间将形成强电气联系, 因区域A电网故障下的稳定问题引起的区域A安全稳定控制系统的正确动作, 可能成为对区域B的扰动, 因此必须考虑并重视安全稳定控制系统的跨区协调。
3) 自"厂网分开"后, 安全稳定控制系统、继电保护系统和电厂涉网参数间配合不协调问题逐渐突出, 是电网安全运行的一大隐患, 需加以关注。另外, 大规模新能源的并网和集中接入给继电保护和安全稳定控制系统带来了新挑战, 要求保护和安全稳定控制系统的各种判据需具备强适应性。
① 隐性故障概率建模应具备时代性。现有继电保护隐性故障概率模型偏向于过流保护、距离保护等, 鲜有应用较广的电流差动保护, 安全稳定控制系统的隐性故障研究领域则刚起步。相比继电保护, 安全稳定控制系统的控制原理复杂、负责范围广, 其建模将不会是轻松的工作, 需综合考虑安全稳定控制系统的不正确动作对负责区域及对相邻安全稳定控制系统的影响。
② 二次设备隐性故障作为在线风险评估新的输入因子, 参与电网安全分析计算, 将是未来隐性故障研究趋势。继电保护和安全稳定控制系统隐性故障建模及分析需大量运行数据支撑, 鉴于现数据种类不齐全和专家知识模糊、不确定性, 需探索数据缺乏下的隐性故障风险评估法。
③ 保护间的协调配合问题的相关研究还较欠缺, 不同防线间的协调隐患及保护、安全稳定控制系统与电厂涉网参数间协调隐患需加以关注。
④ 隐性故障研究成果应有利于充实预想故障集和预决策系统, 加强预防控制, 并有利于发现不同稳定控制间的配合隐患和电力系统的薄弱环节, 以便及早采取措施, 保障电网安全。
⑤ 继电保护与安全稳定控制系统隐性故障产生原因中不乏人为因素, 应加强人的管理, 以避免不必要的安全隐患。
赵丽莉, 国电南瑞科技股份有限公司电网安全稳定控制技术分公司, "千人计划"团队成员, 所在团队于2012年创立, 基于智能电网理念, 主要研究通信系统与电力系统的交互。
倪明, "千人计划"国家特聘专家, 国家电网公司特聘专家, 南京南瑞集团公司电网规划分析首席专家, "千人计划"团队领军人才, IEEE高级会员, 美国俄亥俄州职业工程师, 东南大学、河海大学、南京邮电大学兼职教授。自2012年4月加入南京南瑞集团公司后, 承担了国家电网公司的“考虑通信信息系统风险的电网安全稳定防御关键技术研究”项目, 总经费2480万元。到目前, 项目已开展2年, 取得了很多理论和实践成果, 特别是在电力系统和通信系统的交互影响的理论和防御体系研究和开发方面, 取得突破。发表论文30篇(其中SCI检索3篇, EI检索18篇), 提交发明专利申请12项, 研究报告10篇。
李雪明, 国电南瑞科技股份有限公司电网安全稳定控制技术分公司研究员级高级工程师, 中国电机工程学会高级会员, 是SSP智能系统保护装置、WPSCS-1000大型集群风电有功智能控制系统、SCS-500W风电场有功功率控制装置、SCS-500E分布式稳定控制装置、FWK-300分布式稳定控制装置和UFV-200系列稳定控制装置的主要研制和开发人员, 曾获得省部级奖项和国网电力科学研究院奖项多次及国家电网公司优秀专利一等奖一次, 发表论文40多篇。近年来从事电网安全稳定控制、风电/光伏等新能源并网实时控制、变电站及光伏电站的防孤岛保护、电网智能备用电源自投等装置的研究开发和工程实施。
本文引文信息：
赵丽莉,李雪明,倪明,等.继电保护与安全稳定控制系统隐性故障研究综述及展望[J].电力系统自动化,2014,38(22):128-135. DOI: 10.7500/AEPS20140128004.
ZHAO Lili,LI Xueming,NI Ming, et al.Review and Prospect of Research on Hidden Failures of Protection System and Security and Stability Control System[J].Automation of Electric Power Systems,2014,38(22):128-135. DOI: 10.7500/AEPS20140128004.
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