继电保护隐藏故障风险分析及电网扰动记录方法研究

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,此类事故发生概率虽然不大,但危害极大,一旦发生必将引起电网的连锁反应,并迅速蔓延最终导致电网崩溃,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到电网的安全,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。而从世界的技术潮流看,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。作为一种监测电力系统安全运行的自动化智能装置,故障录波器能够记录继电保护与安全自动装置的动作行为,利用所记录下参数波形和数据,能及时地发现继电保护和自动装置的缺陷,这对于实现继电保护隐藏故障的监视具有重要的意义。但目前的故障录波器只有在发生电力系统大扰动时才启动进行录波,在其它扰动或系统正常运行情况下是不录波的。为了能给继电保护隐藏故障的研究提供更完整的、宝贵的现场数据,本文也对电网扰动记录进行了研究。 本文综述了国内外电力系统继电保护、继电保护隐藏故障以及故障录波器的研究现状,重点对保护系统隐藏故障误切线路的概率和扰动记录的启动判据等关键问题进行了深入研究,主要研究工作和取得的成果如下: ①通过搜索几个典型的大停电事故案例,指出很多停电事故都和保护系统的不正确动作有关,并就隐藏故障的相关知识和研究理论进行了介绍。 ②通过分析继电保护装置隐藏故障的动作机理,定义了隐藏故障的风险区域;并利用保护装置隐藏故障概率和风险区域故障概率的计算,提出了隐藏故障误切线路的概率模型。该模型可以评估不同原理的保护装置以及整套保护系统因隐藏故障误切线路的概率,模型还计入了多条输电线路具有不同故障概率对触发继电保护装置隐藏故障的影响。 ③介绍了利用电网信息进行隐藏故障监视的方法,分析了实现扰动记录的可行性,并评价了目前常用的扰动信号检测方法:短时傅里叶变换、小波变换、S变换和HHT变换等。 ④针对电网扰动检测中存在的问题,将参数识别和预报方法有关概念引入电网扰动检测研究领域。从波形畸变的角度,提出了一种基于自适应预报的实时扰动检测方法,并编制了该方法的计算程序。对多种电网扰动进行仿真测试,仿真结果表明了该方法可以有效地检测出信号的畸变点,能够实时、准确地检测多种电网扰动,包括振荡、频率偏移和谐波等等。