電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與故障檢測(cè)新方法芻議

蔡新洪

[摘要]隨著人們生活生產(chǎn)對(duì)電力需求的持續(xù)增加，電力系統(tǒng)已然成為如今社會(huì)的核心元素，安全問(wèn)題是電力系統(tǒng)中的首要內(nèi)容，電力保護(hù)裝置是保障電力安全的主要方式，然而在電力系統(tǒng)不斷升級(jí)改造的環(huán)境下，繼電保護(hù)出現(xiàn)了眾多故障，有著諸多安全威脅，文章剖析了繼電保護(hù)動(dòng)作中顯現(xiàn)的不同故障，并探求了故障檢測(cè)的新方式。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng) 繼電保護(hù) 故障檢測(cè)

一、引言

電力系統(tǒng)規(guī)模隨著人類(lèi)需求持續(xù)增大，當(dāng)前全國(guó)有將近2萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一節(jié)點(diǎn)為相應(yīng)發(fā)電廠或變電站。如此龐大的系統(tǒng)，運(yùn)行質(zhì)量增強(qiáng)及其安全穩(wěn)定性的提升成為關(guān)鍵，繼電保護(hù)便是電力系統(tǒng)的安全保證。電力系統(tǒng)易發(fā)故障，其中最為普遍的是單相短路故障，其他的有兩相短路、三相短路、短路和過(guò)負(fù)荷、過(guò)電壓等。繼電保護(hù)的裝置與檢測(cè)系統(tǒng)可以判定故障類(lèi)別，繼而向運(yùn)行職工發(fā)出警告或自動(dòng)切除故障，有效地保護(hù)電力設(shè)備，繼而避免因某處障礙干擾其他線路正常可靠的運(yùn)行，因此為電力系統(tǒng)供電的持續(xù)性提供了有效保障。

二、繼電保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)故障

（一）設(shè)備的故障

電力系統(tǒng)運(yùn)行中，繼電保護(hù)是個(gè)要求詳盡精致的工作，對(duì)其裝備有較為嚴(yán)格的條件，其設(shè)備問(wèn)題常常表現(xiàn)在構(gòu)件的質(zhì)量上，在工作原理方面，繼電保護(hù)系統(tǒng)基本不會(huì)出現(xiàn)太大問(wèn)題。在電力系統(tǒng)的運(yùn)維中，任何繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其故障的檢測(cè)措施相同，但不同電力系統(tǒng)的工作負(fù)荷是不同的，繼電保護(hù)的設(shè)備有不同的電流電壓負(fù)荷需求，因此，裝配繼電保護(hù)的裝備需對(duì)電力系統(tǒng)的工作負(fù)荷及其工作強(qiáng)度予以首要探究，選取適宜的繼保設(shè)施，并使得繼電保護(hù)的任一場(chǎng)合均達(dá)到實(shí)際電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。在任何部位的構(gòu)件顯現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響繼電保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)檢測(cè)準(zhǔn)確率，致使系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。繼電保護(hù)若產(chǎn)生設(shè)備問(wèn)題，能致使繼電保護(hù)的動(dòng)作失控，嚴(yán)重地有拒動(dòng)、誤動(dòng)等現(xiàn)象發(fā)生，干擾電力系統(tǒng)正常作業(yè)及其穩(wěn)定性。

（二）開(kāi)關(guān)設(shè)備故障

繼電保護(hù)系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)設(shè)備故障起因是和電力系統(tǒng)的不匹配，首先，采用何種繼保裝置需要依據(jù)基于電力系統(tǒng)工作強(qiáng)度的科學(xué)規(guī)定而擇取，但在電力系統(tǒng)初選繼電保護(hù)裝備時(shí)，通常是與工作負(fù)荷相匹配的，然而隨著繼電保護(hù)系統(tǒng)持續(xù)增長(zhǎng)使用時(shí)間或電力系統(tǒng)工作強(qiáng)度的不斷增大，繼電保護(hù)裝置需隨之適時(shí)校正更新，否則出現(xiàn)裝置老化或超負(fù)荷的問(wèn)題，易使其開(kāi)關(guān)存在負(fù)荷密集的弊端。因開(kāi)關(guān)設(shè)備不符合實(shí)際運(yùn)行情況，引起其開(kāi)關(guān)設(shè)備穩(wěn)定準(zhǔn)確性不斷下降，導(dǎo)致電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行，且不能及時(shí)排查消除故障，嚴(yán)重地會(huì)引致電力事故的出現(xiàn)。

（三）電流互感飽和故障

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)伴隨繼電保護(hù)終端負(fù)荷的持續(xù)加大，對(duì)于可能產(chǎn)生短路線路的電流不斷增多，則繼電保護(hù)裝置受電流互感器飽和的作用不斷增強(qiáng)，若短路位置接近電力系統(tǒng)終端設(shè)備，由于短路電流是電流互感器單次規(guī)定電流的lOO多倍，且電流互感器誤差正比于短路電流，因此，繼電保護(hù)系統(tǒng)在故障檢測(cè)時(shí)，其阻止命令會(huì)因電流過(guò)大引起靈敏度下降。也就是說(shuō)，即使電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生故障，繼保系統(tǒng)也無(wú)法及時(shí)判定并做出阻斷工作，這將電力系統(tǒng)的危險(xiǎn)性明顯提高。同時(shí)，繼電保護(hù)的定時(shí)限制經(jīng)由電流裝置會(huì)因短路電流出現(xiàn)故障，該裝置在拒動(dòng)時(shí)的限制電流幾乎為零，此時(shí)電力系統(tǒng)仍可運(yùn)行，然而繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障檢測(cè)不能正常工作降低了安全保障。

（四）繼電器觸點(diǎn)故障

該故障常體現(xiàn)于觸點(diǎn)磨損、觸點(diǎn)焊接、觸點(diǎn)電阻快速增加與金屬電積等現(xiàn)象，極大程度地降低了繼電器接觸可靠性，致使整個(gè)電力系統(tǒng)不能安全運(yùn)行。對(duì)于繼電器觸電故障排查消除，在不息的探索中，探討了多種方法，如定時(shí)檢查、更新觸點(diǎn)材料，根據(jù)負(fù)荷值嚴(yán)格控制經(jīng)流電流，定級(jí)檢測(cè)觸電磨損度，確保觸電正常工作，即為保障繼電保護(hù)系統(tǒng)正常作業(yè)，從而保護(hù)電力系統(tǒng)正常安全運(yùn)行。

三、故障檢測(cè)的常用方式

（一）空間電磁場(chǎng)探測(cè)

電力系統(tǒng)呈現(xiàn)單項(xiàng)短路的故障后，短路點(diǎn)前支路和后支路的零序電流、零序電壓有著極大的差異，使得周?chē)妶?chǎng)和磁場(chǎng)分布也有差別，所以能夠通過(guò)零序電場(chǎng)和磁場(chǎng)判斷故障點(diǎn)的位置，其判定依據(jù)為以下幾點(diǎn)。

（1）小電流接地系統(tǒng)穩(wěn)定性。將lOkV線路作為典型實(shí)例，對(duì)5條支路實(shí)行故障點(diǎn)試驗(yàn)，第一步明確正常支路參數(shù)，接著將待測(cè)故障線路與之對(duì)比并分析，最后記錄故障線路零序的電壓、電流等數(shù)據(jù)。無(wú)故障線路的容性電流需超前電壓90°，零序功率是負(fù)值；而存在故障的線路，短路位置前的零序電壓落后電流90°，短路后相反，為零序電壓超前電流90°，且功率是正值。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)即可判斷故障點(diǎn)的位置，進(jìn)而為電力系統(tǒng)可及時(shí)將故障排查消除、保證系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行奠定了可靠基礎(chǔ)。

（2）配電線路磁場(chǎng)與電場(chǎng)的分布。電力系統(tǒng)任一線路一旦出現(xiàn)障礙情況，便導(dǎo)致其周?chē)艌?chǎng)產(chǎn)生變化，若不考慮互感條件，能夠探測(cè)輸配電網(wǎng)中的各個(gè)接地點(diǎn)，從而獲取其磁場(chǎng)分布，檢測(cè)信號(hào)采用五次諧波電流，因而確定該系統(tǒng)中的故障點(diǎn)。

（二）識(shí)別故障支路和故障接地相

在顯現(xiàn)小電流接地故障后，會(huì)產(chǎn)生一段較為顯著的暫態(tài)過(guò)程，根據(jù)數(shù)學(xué)模型得知該時(shí)段內(nèi)的電壓或電流波形，測(cè)出電流畸變量，進(jìn)而將該點(diǎn)處的電壓或電流信號(hào)做小波變換分析，進(jìn)而獲得頻譜圖像；最終解析電流及故障頻帶的特征值，進(jìn)而在避免干擾電力系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，判定故障點(diǎn)及故障線路。然而，小波變化存在局限性，在實(shí)際應(yīng)用中，可將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法等與之相結(jié)合，提高故障檢測(cè)的高效及精確性，因而可精準(zhǔn)地判定故障類(lèi)型。

（三）建立健全裝置管理與檢測(cè)體系

設(shè)置科學(xué)且合理的故障管理體系，可以保證系統(tǒng)故障的及時(shí)排查消除，同時(shí)供電的持續(xù)時(shí)間得以延長(zhǎng)。在繼電器保護(hù)的精度達(dá)到要求的條件下，完善繼電保護(hù)和故障檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)施展保護(hù)功能有鮮明的積極作用。另一方面，詳細(xì)記錄并保存電力系統(tǒng)各項(xiàng)操作，能夠?yàn)槔^電保護(hù)的故障排查消除工作提供有利的參考價(jià)值。因此，建立健全該系統(tǒng)每項(xiàng)管理與維護(hù)制度，詳細(xì)分析、判斷各階段運(yùn)行情況，能夠顯著增強(qiáng)繼電保護(hù)效果。endprint

四、綜合故障分析系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)功能

綜合故障分析系統(tǒng)可提供精準(zhǔn)的故障信息與位置給調(diào)度和繼保人員，便于系統(tǒng)的迅速恢復(fù)，同時(shí)向技術(shù)操作人員給予完備的電壓、電流情況，得以保護(hù)電力系統(tǒng)各縣設(shè)施設(shè)備。該系統(tǒng)能夠?qū)⒈Ｗo(hù)設(shè)備和故障錄波設(shè)備設(shè)定同步，以此獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)并傳遞給監(jiān)控設(shè)備，經(jīng)由智能化的分析，完成數(shù)據(jù)的安全傳輸。為保障測(cè)距精確度，常采取雙端故障測(cè)距的方式，存在數(shù)據(jù)交換的接口，以使數(shù)據(jù)保持安全且靈活的特性。繼電保護(hù)裝置檢查標(biāo)準(zhǔn)：屏箱柜盤(pán)等裝配上的各項(xiàng)電器、信號(hào)和儀表等元器件能保證完整和齊全，并確保安設(shè)端正；二次電力設(shè)備能夠達(dá)到安全可靠的接地標(biāo)準(zhǔn)與要求；裝置與其周?chē)孛婺苓_(dá)到干凈、整潔且無(wú)雜物的要求；各電氣設(shè)備在其運(yùn)轉(zhuǎn)的任何時(shí)間禁止將繼電保護(hù)解除。

（二）繼電保護(hù)與檢測(cè)方法

（1）故障檢測(cè)及繼電保護(hù)網(wǎng)格化。電力系統(tǒng)各項(xiàng)重要電力設(shè)施可以采取差動(dòng)保護(hù)的措施，使用主站將數(shù)據(jù)進(jìn)行同一處理，依據(jù)從繼保裝備獲取的電壓或電流信息，對(duì)故障的位置和類(lèi)型進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，最終匯總此測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至保護(hù)裝置，使其憑借數(shù)據(jù)發(fā)放指令，以便迅速、準(zhǔn)確地將故障設(shè)備排除，確保電力系統(tǒng)的安全。

（2）繼電保護(hù)和檢測(cè)自動(dòng)控制。自適應(yīng)保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，且依據(jù)其故障類(lèi)型，自動(dòng)地設(shè)置系統(tǒng)所需的保護(hù)數(shù)值，因而能夠提高系統(tǒng)性能，滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和要求，在改善線路和變壓器的保護(hù)上，有極大的幫助作用。

（3）應(yīng)用各種智能算法。當(dāng)前勇于檢測(cè)極為普遍的智能算法為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，還包括多種高級(jí)算法，比如遺傳算法和BCC算法等。這些算法能夠自主組織和自主學(xué)習(xí)，儲(chǔ)存并處理部分?jǐn)?shù)據(jù)信息。通過(guò)多年研究和發(fā)展，將人工智能算法運(yùn)用與于繼保系統(tǒng)中，已能完成自動(dòng)識(shí)別保護(hù)方向、自動(dòng)處理故障信息等功能，對(duì)繼電保護(hù)、檢測(cè)職員來(lái)說(shuō)，減輕了許多負(fù)擔(dān)。智能算法雖然在此項(xiàng)領(lǐng)域中仍處在研究階段，但其發(fā)展前景是極具光明和遠(yuǎn)大意義的。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)維過(guò)程中，繼電保護(hù)是緊要環(huán)節(jié)，對(duì)故障信息快速解析排查、消除的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)是繼保系統(tǒng)的核心內(nèi)容。繼電保護(hù)可準(zhǔn)確剖析電力系統(tǒng)發(fā)生的故障，并為此提出及時(shí)排查消除和處理措施，以使電力系統(tǒng)可在安全可靠的環(huán)境下正常工作運(yùn)行。只有將繼保系統(tǒng)自身存在的故障與問(wèn)題快速、有效地消除，保障其設(shè)備能夠正常工作，方可發(fā)揮裝備的保護(hù)作用，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的可靠性。endprint