电力系统继电保护与安全控制面临的挑战与应对措施

摘要：随着我国经济的飞速发展，人们的生活水平不断提高，对用电的需求也逐渐增多，但是所有事会出现用电不通畅的情况，主要是因为电厂中的继电保护体系与控制安全稳定的系统之间经常会出现一定的故障，这会影响用电状况，给人们的生产生活带来一定的影响。本文主要是对继电保护与安全控制系统的隐性故障进行分析，对隐性故障进行分类，通过研究影响电网的因素对故障进行检测，并且提出故障研究的方向。

关键词：继电保护;控制系统;隐性故障

本文主要研究故障出现的现象，根据安全系统的特点， 分析出隐性故障的原因，通过对故障问题以及对隐性故障原因进行分析，二次设备运行的管理等方面提出一定的要求，为电力正常运行提供一定的保障，采取有效措施对电网的运转路径进行调控，这样可以提供有效的规避隐性故障。

1 电力系统发展对继电保护的影响

1.1现有保护面临的难题将更加复杂

特高压交直流输电，导致电气主设备结构更加复杂，内部匝间短路的故障特征将更加不明显，保护的灵敏度进一步降低；特高压输电通道停运引起潮流转移过负荷更严重，更易引起保护误动；新能源的故障弱馈特征，在并网线路发生过渡电阻接地故障时，导致保护反应过渡电阻的能力进一步下降；大量电力电子设备应用引发的系统宽频振荡，导致保护面临的不正常工况更多，保护误动的几率增大。

1.2保护的定值整定和配合更加困难

定值配合式保护作为继电保护系统的重要组成部分，担负着被保护设备近后备和相邻元件远后备保护的重任。随着波动性、高比例的新能源接入电网，系统的运行方式变化更大更快，电网的自愈控制还会直接改变电网的拓扑结构，定值配合式保护仅利用保护安装处信息，某些情况下将无法正确识别区内外故障，保护不误动和不拒动的要求无法同时兼顾，定值难以整定。同时后备保护动作时间长，难以满足系统安全稳定运行的要求且受系统振荡和过负荷影响，易造成连锁跳闸，甚至造成系统性事故。

1.3工频量保护原理受到挑战

逆变型电源耐受短路电流能力差，提供的工频短路电流比传统同步发电机降低很多，短路电流中低频和非整次谐波含量大，也给工频量的计算精度带来严重影响，导致反应工频量保护的灵敏性降低。另外，无论是逆变型电源还是短路回路中的电力电子设备（如串补线路TCSC），在故障过程中为保护自身安全可能会快速改变控制策略，甚至会改变其拓扑结构，使得故障具有复杂多样的快速时变特征，给工频量保护的故障识别带来困难。还有，工频量保护因算法数据窗长限制，其固有动作时间长，已不能满足电力电子设备快速切除故障的要求。这些因素使得基于工频量的保护原理受到了严峻挑战。

2 电力系统发展对对安全控制的影响

2.1连锁故障发生的场景更多

LCC型直流输电技术在我国获得广泛应用，但逆变侧需要电压支撑才能完成正常换相，在交流系统发生故障时，由于电压的畸变，可能引发单个或多个直流换相失败，对电力系统而言，相当于在原有故障基础上叠加另一个或多个复故障，称为并发性故障（N-M）。另外，由于系统中电力电子设备对故障的敏感度高，但耐受故障能力差，同时电力电子化的电力系统呈现自治化的倾向，还会造成多个元件因故障相继退出运行的情况，称之为继发性故障（N-1-2-…-M）。例如，交流故障引发换相失败，导致直流闭锁，可能在送端和受端相继引发过压、低压脱网的现象，以及因潮流转移再引发的过负荷问题。并发性故障和继发性故障统称为连锁故障，其发生的场景多，蔓延速度快，发展路径多样，造成系统性事故的风险更大。

2.2预案式控制准确性和适用性降低

事先做好控制策略的预案，事发后匹配预案执行，是当前电力系统实现安全稳定控制的主要手段。随着新能源发电占比和电力电子设备占比的逐步增加，一方面由于新能源的波动特征，要通过源、网、荷、储的协同，实现系统有功和无功实时平衡，造成系统运行方式变化大、变化快，导致预案式控制实时“跟踪”系统变化的效果变差；另一方面，电力电子设备的模型呈现非线性、时变特征，使电力系统呈现更强的连续-离散系统特性，同时现阶段还存在模型参数不精准、控制策略不透明的“黑匣子”现象，造成预案式控制策略制定更加困难，准确度也会降低。

3 电力继电保护故障处理的有效措施

3.1 掌握故障造成影响的分析技巧

对于继电保护系统的故障， 可以采用某种方式来发现和研究这些故障的影响。首先， 通过故障树分析的方法可以发现故障引起的连锁反应。同时， 系统的可靠性可以通过分析组件识别系统中关键组件的重要性来确定。此外， 某些仿真方法可用于分析和使用某些仿真工具来模拟相应电力系统的运行状态， 以发现系统中可能出现的故障。同时， 可采用的方法包括对隐患的监测， 并通过识别影响隐性断层的关键线路采取相应措施， 可在一定程度上减少大面积停电的发生。

3.2 采用高质量继电保护和自动装置

优质的继电保护和自动装置可有效保证电力系统的正常运行。相反， 一旦质量差的产品进入系统， 电力系统中会出现各种类型的隐患， 容易引起电力系统连锁故障的发生。因此， 电力公司在采购继电保护和自动装置时必须使用优质产品。在系统中表现良好的产品绝对不能忽视产品的质量， 对于接近其使用寿命结束的某些继电保护和自动装置， 必须及时更新， 以避免由于设备老化而导致的隐藏故障。

3.3 及时更新电力元件

在电网管理过程中， 相关的保护和维护人员应根据工作职责和相关政策定期维护和检修配电系统中不同类型的功率器件， 以保证电力系统的正常稳定运行。操作， 如果电力系统中的某个组件发生故障， 必须尽快解决， 以保持电力系统的有序进展。当更换电力系统中有缺陷的组件时， 继电器人员必须首先验证组件的功能和质量， 并使用安全的安装措施进行安装。由此可见， 在解决继电保护过程中的问题时， 使用更新的部件可以大大减少甚至消除电力系统故障造成的损失， 并且还可以尽快发现继电保护过程中的故障。

3.4 加强故障根源排查

一般情况下， 安全稳定控制难以完全避免各种隐患的存在。但是， 实质上， 如果能够进行全面的故障排除， 则可根据当地情况消除潜在故障的可能性。从目前的现状来看， 隐患的根本原因是电流过热， 空气湿度过高或电路过流。在整个电力系统中， 如果电压处于一个恒定的状态， 那么如果发生较大的过电流， 则会引起较小的电阻并且会埋入短路。在瞬态下， 电线可能承受最大电流负载。在特定的空间中， 如果水蒸气已经接近饱和， 则装置本身的绝缘性将降低， 因此泄漏保护的质量将相对较差。除了上述元件之外， 电路过电流很容易导致隐藏故障。在串联电路或并联电路中， 电流强度不断变化。在一定时间内， 如果系统显示超过整个系统额定电流的过电压， 则与之相对应的短路风险将变得非常高。因此， 隐藏故障与电路过流之间也有不可分割的联系。如果您可以准确地排除根本原因， 则可以使用适当的措施消除故障。

结论

新型电力系统的快速发展给电力系统安全带来了严峻挑战，在继电保护方面，为提高保护的动作速度和减小弱工频故障对保护的影响，必须挖掘和利用故障暂态信息，同时利用多元信息减小保护对定值的依赖；在系统安全控制方面，需要研究系统性事故发生的场景和发展路径，通过保护和控制的协同配合有效阻抑连锁故障的发生和发展，构建功能更加完备的安全防御体系，为我国新型电力系统安全稳定运行保驾护航。

参考文献

[1]赵丽莉，李雪明，倪明，程雅梦.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，2014，22：128-135.