王喜燕　潘秋萍　郭麗娜

摘 要：基于故障錄波信息的輸電線路繼電保護(hù)故障在線檢測(cè)提出了一種方法，并對(duì)故障錄波裝置的啟動(dòng)方式進(jìn)行了分析，將故障錄波裝置記錄的動(dòng)態(tài)信息作為了故障檢測(cè)的途徑，并利用實(shí)例說明了此種方法實(shí)施的有效性。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；內(nèi)部故障；在線故障檢測(cè)；故障錄波信息

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.075

繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展的意義重大。現(xiàn)階段，繼電保護(hù)裝置中故障檢測(cè)的方法較落后，主要利用固定化程序或離線抽樣檢測(cè)方式完成。但這樣無法保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，必須利用一種新型的方法完成檢測(cè)。本文主要在故障錄波裝置啟動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了輸電線路中保護(hù)裝置內(nèi)部故障的在線檢測(cè)，以期為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供參考。

1 電網(wǎng)故障信息檢測(cè)方法探索

1.1 故障錄波信息的動(dòng)態(tài)特性

故障錄波信息是有電力系統(tǒng)發(fā)生故障后系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)作用下記錄的各項(xiàng)用電參數(shù)，利用這些參數(shù)可及時(shí)分析繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置存在的問題。在實(shí)際檢測(cè)中，該檢測(cè)方法易出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)兩種行為。

針對(duì)保護(hù)裝置在運(yùn)行狀態(tài)下不易暴露的特點(diǎn)，可以利用動(dòng)態(tài)信息回放詳細(xì)記錄保護(hù)裝置發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化，并記錄保護(hù)裝置前后變化信息，展現(xiàn)運(yùn)行過程中繼電保護(hù)系統(tǒng)的內(nèi)部動(dòng)態(tài)信息。

1.2 電網(wǎng)常規(guī)故障檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

現(xiàn)階段，電網(wǎng)故障信息的檢測(cè)主要對(duì)廣域測(cè)量系統(tǒng)的異常數(shù)據(jù)、故障錄波信息分析和繼電保護(hù)管理細(xì)細(xì)系統(tǒng)進(jìn)行故障識(shí)別和分析。目前，很多故障錄波系統(tǒng)只有在發(fā)生較大的變化時(shí)才會(huì)錄波，無法滿足時(shí)段檢測(cè)的需求，且內(nèi)部未建立完善的判斷機(jī)制，無法完成內(nèi)部故障檢測(cè)。而使用WAMS可以詳細(xì)記錄發(fā)電機(jī)的電壓和傳輸功率等的變化，并發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)或振蕩；RPMIS可以在存在故障的環(huán)境中對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行識(shí)別和記錄，從而幫助電力系統(tǒng)完成應(yīng)用。

2 繼電保護(hù)故障檢測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)原理

當(dāng)電力系統(tǒng)受到嚴(yán)重撞擊或碰撞時(shí)，繼電保護(hù)裝置中的端子、連接電纜、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、儲(chǔ)存器都會(huì)發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)行為。現(xiàn)階段的檢測(cè)技術(shù)只能簡(jiǎn)單完成一些程序邏輯錯(cuò)誤和CT故障等的檢測(cè)。如果誤差增大，則無法精確掌握系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，難以發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部存在的故障。本次提出的新方法可以在系統(tǒng)運(yùn)行中根據(jù)保護(hù)裝置的內(nèi)部信息和保護(hù)原理，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳煌恢玫谋Ｗo(hù)裝置中尋找某種關(guān)系，并利用其相互間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部故障保護(hù)裝置的檢測(cè)。當(dāng)保護(hù)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用虛擬故障信息處理系統(tǒng)完成故障處理相關(guān)信息的歸納，并根據(jù)測(cè)量信息對(duì)保護(hù)裝置的內(nèi)部故障進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)送故障報(bào)告，判斷故障裝置。

將P1～P3作為線路配備的某種保護(hù)，內(nèi)部測(cè)量值表示采集電參數(shù)，比如P1（if，uf）距離保護(hù)P（ifuf）為測(cè)量電阻抗值，且為兩側(cè)電流采集的數(shù)值。如果P點(diǎn)發(fā)生短路故障，其他設(shè)置依然工作，則可以得到：

Pi（ifuf）=H（f）Pi （ifuf）+T（Pi，Pj）. （1）

式（1）中：i，j∈（1，2，3）；H（f）為故障點(diǎn)根據(jù)保護(hù)相對(duì)位置確定的方向函數(shù)；T（Pi，Pj）為保護(hù)測(cè)量數(shù)值之間對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。

設(shè)備運(yùn)行正常時(shí)，故障錄波裝置與保護(hù)裝置在同一電路位置獲得的電參數(shù)采樣值一致，可以將故障錄波測(cè)量值表示為 Pr（if，uf），從而得到：

|Pr（if，uf）-Pr（if，uf）| =△εR. （2）

式（2）中：i∈（1，2，3）；△εR為保護(hù)裝置和故障錄波裝置由測(cè)量元件產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

對(duì)P1和P2的測(cè)量電流I（if，uf）進(jìn)行了研究。由于P1與P2的電流方向一致，可以將H（f）取為1，T（Pi，Pj）取為0，得到I1（if，uf）=I2（if，uf）。在P2和P3位置測(cè)量了阻抗值Z（if，uf），由于此時(shí)故障在P2與P3之間，可以將H（f）取為-1，T（Pi，Pj）取為P2與P3之間的阻抗差值ZON，可以得到：

Z3（if，uf）=-Z2（if，uf）+ZON. （3）

利用上述方法計(jì)算時(shí)，必須滿足以下2個(gè)條件：①繼電器必須開放，保證裝置測(cè)量和計(jì)算的所有過程都能及時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)資源共享。此外，還應(yīng)采用數(shù)字智能電子裝置。②故障錄波裝置的啟動(dòng)方式必須不斷豐富，可以將故障錄波信息反映的內(nèi)部動(dòng)態(tài)狀況作為判斷根據(jù)，為故障錄波提供自動(dòng)啟動(dòng)方式。此外，還可采用WAMS系統(tǒng)完成電網(wǎng)檢測(cè)識(shí)別，為故障錄波建立輔助啟動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)RPMIS數(shù)據(jù)信息庫的共享，并對(duì)故障區(qū)域啟動(dòng)周期性故障錄波。該方式可提供錄波裝置啟動(dòng)所需的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障測(cè)試所需數(shù)據(jù)信息的保護(hù)。

2.2 監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

根據(jù)上述分析建立的條件，可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部故障在線分析。輸電線路是故障點(diǎn)到保護(hù)地點(diǎn)距離的裝置，以其為例進(jìn)行分析。根據(jù)系統(tǒng)的建立，對(duì)母線兩側(cè)的M和N裝置的保護(hù)裝置P1和P2進(jìn)行了檢測(cè)。如果P點(diǎn)發(fā)生故障，則可以得到量測(cè)量Z1與Z2之間的關(guān)系，可表示為：

Z1=Z2+ZMN+εZ. （4）

式（4）中：ZMN為M和N位置的阻抗；εZ為容許誤差。

由式（4）可以得到兩側(cè)裝置的阻抗差值。兩側(cè)保護(hù)裝置乘以電流量IMN，可以得到：

△U=|U1-U2|=IMN·|ZMN+εZ|. （5）

此時(shí)，可以直接將電參數(shù)采集A/D轉(zhuǎn)化成數(shù)字量比較。此種狀況下，錄波裝置已經(jīng)啟動(dòng)，可以得到M和N位置的電流參數(shù)采樣值。對(duì)保護(hù)裝置與故障錄入中的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，將故障錄入波裝置與裝置測(cè)量產(chǎn)生的誤差表示為△εZ，可以得到相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。報(bào)警電壓閥值的計(jì)算公式為：

△εU=KS·△εR. （6）

式（6）中：KS為靈敏系數(shù)。

根據(jù)上述分析可知，M和N兩側(cè)的保護(hù)裝置分析也可以應(yīng)用于其他裝置保護(hù)。簡(jiǎn)而言之，該計(jì)算方式不受距離的限制。當(dāng)某裝置的故障并不符合上述情況，但依然出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng)行為時(shí)，則必須對(duì)保護(hù)裝置之間的配合關(guān)系進(jìn)行分析，并對(duì)跳閘命令的連接電纜、跳閘命令的端子等進(jìn)行判斷。

3 結(jié)束語

本文研究的方法在故障和擾動(dòng)情況下應(yīng)用時(shí)，如果僅僅電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)，則保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。此外，如果內(nèi)部流程進(jìn)展一致，則可以對(duì)暫態(tài)信息進(jìn)行跟蹤和檢測(cè)。本文主要提出了繼電保護(hù)內(nèi)部故障的在線檢測(cè)方法，根據(jù)目前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析和改進(jìn)，并對(duì)此種方式進(jìn)行了驗(yàn)證，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

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〔編輯：張思楠〕