信息化背景下继电保护静态特性监视及隐藏故障诊断方法

信息化背景下继电保护静态特性监视及隐藏故障诊断方法
摘要随着通信和计算机技术的发展，继电保护信息系统和广域测量系统的建设正在快速进行。

这些信息的集成，为继电保护隐藏故障的诊断提供了可用的信息源。

由于扩展了信息来源，继电保护的隐藏故障监视和控制变得可行。

基于此，研究继电保护装置静态特性隐藏故障监视的具体方法，实现对测量环节隐藏故障的在线检测与诊断。

关键词继电保护；隐藏故障；静态特性
前言
继电保护系统的隐藏故障是造成大规模停电事故的罪魁祸首之一。

此类事故一旦发生必将引起电网的连锁反应，给电网带来灾难性的后果。

随着互联系统网络容量的增大和电压等级的提高，继电保护隐藏故障也更将危及电网的安全，因此对隐藏故障进行评估和分析对于保证电网的安全运行具有重要的理论和现实意义。

而从技术潮流来看，防止继电保护系统隐藏故障的有效途径是建立隐藏故障的监视和控制系统。

1 隐藏故障监视的原理
通常，继电保护装置采集模拟量、开关量作为其动作的输入。

对开关量采集环节的监视可通过装置自身的硬件来实现，而对模拟量采集（测量值）回路的监视则难以实现。

继电保护装置的测量回路包括CT、连接电缆、端子、继电保护装置内部的前置变送器、滤波电路、A/D转换及CPU、存储器等多个环节。

任一环节的失效或误差增大，均将导致测量值不准。

对继电保护静态特性的监视最重要的是监视其测量值的准确性是否发生变化[1]。

2 继电保护系统静态特性隐藏故障诊断
从继电保护系统工作特性的角度出发，若有保护装置的静态特性因出现隐藏故障而使测量值发生变化，则发生变化的测量值可以作为异常数据处理。

根据继电保护系统发生隐藏故障时表现出来的特性，选用适当的异常数据检测方法，在参与比较的测量值中找出有问题的数据，即可实现对继电保护系统静态特性隐藏故障的诊断。

2.1 基于距离的隐藏故障诊断
在进行隐藏故障诊断时，参与比较的一组数据相互之间差别并不大，可以不对数据进行预处理。

在不考虑有两套及以上数量的保护装置同时发生故障的前提下，该组数据中大部分相互之间非常接近，若有某个数据与其他数据相差比较大，则说明该数据对应的装置测量环节工作不正常，可能存在隐藏故障。

可见，当某套保护装置存在隐藏故障时，其测量数据会明显偏离同组的其他测量值。

根据前
述基于距离的异常数据检测算法原理，检测每个数据与均值的绝对距离的大小，可以找出偏离最大的数据，实现对继电保护系统静态特性测量环节的隐藏故障诊断。

2.2 基于统计的隐藏故障诊断
如前所述，在进行继电保护系统静态特性隐藏故障诊断时，参与比较的数据是不同装置对同一电气量的测量计算结果。

在不考虑任何测量误差及错误的理想状态下，所有装置的测量结果都应该是相同的。

实际上，由于继电保护和PMU 等装置都不可避免地存在测量误差，所以各装置的测量结果并不完全相同，但应该差别不大。

如果有某套继电保护装置静态特性出现了隐藏故障，其测量结果相应地会发生变化。

一般来说，我们在讨论继电保护系统静态特性隐藏故障时，其前提是出现隐藏故障的保护系统工作特性与正常时相差不大，尚不足以在电力系统正常运行时造成保护装置的动作。

因此，与装置测量误差的统计分布特性类似，当参与比较的某套保护装置存在隐藏故障时，整组数据的统计特性应该符合正态分布或近似正态分布，可以采用基于统计的异常数据检测方法寻找发生故障的装置[2]。

3 双端信息原理保护静态特性监视
3.1 光纤纵差保护隐藏故障检测
双端信息原理保护具有原理简单、选择性好、运行可靠性高等特点，在电网中得到了广泛的应用，研究其静态特性的监视方法具有相当的意义。

3.2 采样同步性与门槛值的关系
光纤纵差保护装置数据的同步
数字电流差动保护的动作原理与模拟式相同，其特点是将各端电流波形数字化，用脉码（PCM）通信方式进行传送，然后利用微处理器进行动作判定。

电流差动保护在算法上要求参加比较的各端电流量必须同步采样或采样同步化处理得到，这是实现电流差动保护的关键所在。

目前已经提出的同步方法可归纳为以下三类：基于数据通道的同步方法、基于参考向量的同步方法、基于GPS的同步方法。

（1）基于數据通道的同步方法。

基于数据通道的同步方法包括：采样时刻调整法、采样数据修正法和时钟校正法。

这些方法都是建立在用通道传送用于同步处理的各种时间信息的基础之上。

采样时刻调整法保持主站采样的相对独立，其从站根据主站的采样时刻进行实时调整，能保持两侧较高精度的同步采样。

但由于从站采样完全受主站的控制，当通道传输时延发生变化时，会影响同步精度，甚至造成数据丢失，其可靠性受
通道影响较大[3]。

（2）基于参考向量的同步方法。

以双向量比较法为例，该法利用线路模型计算出代表同一量的两个向量，然后利用这两个向量的相位差实现采样同步。

具体应用时，线路两端应首先选用适当的算法将参加比较的电流或电压向量在故障前估计出来，然后传到对侧与本地向量进行比较，因此这种同步方法的准确性将取决于线路模型的准确性和向量估计的精度，同时还要考虑各种误差因素的影响。

4 结束语
通过对基于距离和基于统计这两种异常数据检测方法的对比分析，确定了基于距离的异常数据检测方法更适合于对继电保护系统隐藏故障进行诊断。

采用基于距离的异常数据检测，建立了继电保护静态特性隐藏故障诊断的基本判据。

以输电线路光纤差动保护为例，对判据门槛的确定进行了详细分析。

通过对采用GPS同步法的光纤纵差保护装置的隐藏故障诊断判据的分析表明，本章提出的继电保护静态特性监视及隐藏故障诊断方法是有效和实用的，对于扩展继电保护信息系统功能，提高电力系统运行可靠性将具有重要作用。

參考文献
[1] 吕颖，孙宏斌，张伯明，等.在线继电保护智能预警系统的开发[J].电力系统自动化，2006，30（04）：1-5.
[2] 曾耿晖，李银红，段献忠.电力系统继电保护定值的在线校核[J].继电器，2002，30（01）：22-24.
[3] 朱永利，宋少群，朱国强，等.地区电网保护定值在线校验智能系统[J].电力系统自动化，2005，29（06）：87-92.。