繼電保護(hù)二次回路檢修與維護(hù)方法分析

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電力系統(tǒng)中的各種電氣裝置、線(xiàn)路、連接觸點(diǎn)等在過(guò)電壓、過(guò)電流以及環(huán)境因素的制約下會(huì)逐漸發(fā)生多種故障，而繼電保護(hù)裝置的作用則是在電力系統(tǒng)運(yùn)行異常的情況下觸發(fā)特定的保護(hù)性措施，避免這些故障因素對(duì)系統(tǒng)電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的危害。繼電保護(hù)二次回路故障主要反映在測(cè)量、控制等二次設(shè)備上，對(duì)其檢修和維護(hù)策略加以深入的研究，將會(huì)產(chǎn)生非常積極的電力系統(tǒng)監(jiān)控和管理效果。

一、繼電保護(hù)二次回路概述

電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備和電氣元件在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)異?；蛘吖收?，常見(jiàn)的故障和異常現(xiàn)象包括斷線(xiàn)、短路、過(guò)熱、過(guò)載等。繼電保護(hù)的主要功能是檢測(cè)這些故障因素并根據(jù)故障情況發(fā)出報(bào)警信息或者觸發(fā)斷路器跳閘，以上就是電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)的主要作用。在工程實(shí)踐中主要利用繼電器及其附屬設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能[1]。電力系統(tǒng)中的設(shè)備按照功能可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備，而繼電保護(hù)基本屬于二次設(shè)備的范疇，繼電器以及各種配套的測(cè)量?jī)x表和儀器共同構(gòu)成了繼電保護(hù)二次回路，具體情況可參見(jiàn)表1。二次回路的主要作用是測(cè)量、調(diào)控以及保護(hù)一次設(shè)備，繼電保護(hù)裝置是二次設(shè)備中非常重要的一個(gè)組成部分，繼電保護(hù)裝置分類(lèi)如表2。

表1 一次回路和二次回路的區(qū)別

表2 電力系統(tǒng)常見(jiàn)繼電保護(hù)裝置類(lèi)型

二、繼電保護(hù)二次回路常見(jiàn)故障

（一）電源故障

繼電保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)所需的電力能源主要由交流電保安電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)來(lái)提供，但是這種電源并不能直接滿(mǎn)足繼電保護(hù)裝置的使用需求，因?yàn)檫@些裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)有復(fù)雜的電子電路系統(tǒng)，集成了各種類(lèi)型的元器件，電源系統(tǒng)提供的電能要經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電源的處理，主要是將電源系統(tǒng)提供的電力能源轉(zhuǎn)換成適應(yīng)這些電子電路元器件工作特點(diǎn)的穩(wěn)定電源。電源系統(tǒng)在故障情況下會(huì)停止運(yùn)行，主要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)為過(guò)電流和過(guò)電壓。當(dāng)故障原因消除之后還要由技術(shù)人員將其復(fù)位，然后才能繼續(xù)使用。當(dāng)電源出現(xiàn)故障并停止工作時(shí)會(huì)表現(xiàn)出指示燈熄滅、自動(dòng)閉鎖[2]。

（二）線(xiàn)圈受損

使用最為廣泛的電磁繼電器中包含了簧片、銜鐵、線(xiàn)圈繞組以及鐵芯等重要的構(gòu)成部分，當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)、引發(fā)電磁力，銜鐵和簧片在這種作用力的影響下發(fā)生特定的位移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)繼電器的特定功能。線(xiàn)圈受損是繼電保護(hù)裝置二次回路故障的常見(jiàn)起因。繼電器線(xiàn)圈受損的常見(jiàn)原因如下：1）供電不足。由低電壓引發(fā)的電力供應(yīng)不足可造成線(xiàn)圈功能異常，如電磁場(chǎng)強(qiáng)度下降，不能觸發(fā)銜鐵和簧片的動(dòng)作；2）斷線(xiàn)。過(guò)大的電壓和電流有可能導(dǎo)致線(xiàn)圈熱熔斷；3）正負(fù)極接反。二極管繼電器對(duì)線(xiàn)圈的正負(fù)極接線(xiàn)具有精確的要求，接反之后就不能完成規(guī)定動(dòng)作；4）絕緣下降或受損。繼電器中使用的線(xiàn)圈都設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)的絕緣保護(hù)層，當(dāng)線(xiàn)圈在工作狀態(tài)下會(huì)發(fā)出熱量，長(zhǎng)時(shí)間的作用會(huì)造成其絕緣性能受到很大的損失，甚至極度劣化[3]。

（三）連接故障

第一，觸點(diǎn)粘連。繼電器的連接點(diǎn)（觸點(diǎn)）在加載和斷開(kāi)的一瞬間會(huì)受到較大的電壓和電流作用，而觸點(diǎn)本身也是金屬材料制成，當(dāng)電壓值達(dá)到一定的程度時(shí)，可能造成觸點(diǎn)金屬材料冒火花，進(jìn)而使空氣的有機(jī)物形成黑色的異物并粘附在觸點(diǎn)的表面，長(zhǎng)期的積累之后就會(huì)造成觸點(diǎn)粘連的問(wèn)題[4]。造成這一現(xiàn)象的常見(jiàn)原因包括負(fù)荷容量或者開(kāi)關(guān)頻率超過(guò)繼電器的設(shè)計(jì)范圍。另外，及時(shí)不存在超范圍運(yùn)行的情況，但長(zhǎng)期的積累依然會(huì)造成粘連的情況，使用時(shí)不能超過(guò)繼電器的使用壽命。第二，觸點(diǎn)接觸不良。這種現(xiàn)象會(huì)造成繼電器的功能出現(xiàn)極不穩(wěn)定的情況，而接觸不良的誘因也包括多種類(lèi)型，如接觸點(diǎn)腐蝕、接觸部位存在異物干擾，而繼電器工作的環(huán)境也會(huì)對(duì)其接觸效果產(chǎn)生一定的影響，例如，繼電器在振動(dòng)情況下工作時(shí)就容易出現(xiàn)接觸不良。

（四）隱性故障

所謂隱性故障指的是電力繼電保護(hù)裝置從表面上看并不存在明顯的故障，而其運(yùn)行狀態(tài)也基本比較穩(wěn)定，但實(shí)際上某些關(guān)鍵的繼電保護(hù)裝置已經(jīng)衍生出潛在的故障隱患，只是暫時(shí)還未引發(fā)顯著的問(wèn)題。隱性故障主要集中在接線(xiàn)端子的腐蝕、逐漸粘連，電壓互感器和電流互感器等設(shè)備也可能潛藏著故障風(fēng)險(xiǎn)。通常過(guò)電壓、過(guò)電流以及環(huán)節(jié)過(guò)熱等是誘發(fā)隱形故障的主要原因。

（五）繼電保護(hù)裝置元器件故障

繼電器保護(hù)裝置及其附屬的配件中存在一些電子元器件，而這些裝置在電壓、電流以及高溫環(huán)境的影響下會(huì)逐漸出現(xiàn)故障。有些地區(qū)的空氣非常潮濕，水分較大，并且還會(huì)存在較多的鹽分，這種帶有一定腐蝕性特點(diǎn)的空氣環(huán)境會(huì)損害繼電器的內(nèi)部元器件，還有些地區(qū)非常干燥，空氣中的粉塵顆粒物含量非常高，這也是造成繼電器受損的常見(jiàn)因素。

三、繼電保護(hù)二次回路的典型檢修方法

第一，電流檢修。差動(dòng)保護(hù)裝置在是繼電保護(hù)中非常重要的一種類(lèi)型，發(fā)電機(jī)、變壓器以及電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備都要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的差動(dòng)保護(hù)裝置，在具體實(shí)施中主要依據(jù)流入電流互感器（TA）的兩端矢量差值來(lái)作為觸發(fā)動(dòng)作的依據(jù)[5]。這種保護(hù)方式的理論模型是電氣設(shè)備本身可作為一個(gè)回路中的節(jié)點(diǎn)，那么從這一節(jié)點(diǎn)中流入和流入的電流應(yīng)該是一樣大的，差動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)有整定值，將其與差動(dòng)電流進(jìn)行比較，一旦差動(dòng)電流超過(guò)這一整定值，就會(huì)觸發(fā)斷路器跳閘。由此可見(jiàn)，電流互感器對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置的正常動(dòng)作具有非常關(guān)鍵的作用，現(xiàn)階段使用最廣泛的是D級(jí)電流互感器，在檢修和維護(hù)電流互感器的過(guò)程中要確保其最大的運(yùn)行電流滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)的要求，也就是讓差動(dòng)保護(hù)的二次回路的電流整定數(shù)值處于合理的范圍之內(nèi)。這是避免故障的重要措施。

第二，負(fù)荷檢修。利用電磁感應(yīng)原理來(lái)工作的電流互感器會(huì)因?yàn)檫^(guò)負(fù)荷而產(chǎn)生一定的故障，最為常見(jiàn)的問(wèn)題是鐵芯磁通量達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，進(jìn)而使電流誤差增大，表針的指示也會(huì)受到很大的影響。另外，磁通量的增大會(huì)進(jìn)一步使電流感應(yīng)器中的二次繞組和鐵芯發(fā)熱，設(shè)備絕緣層受到這種熱力作用的干擾，使其絕緣層加快老化，進(jìn)而造成互感器出現(xiàn)故障并導(dǎo)致電力事故。因此，在檢修和維護(hù)電流互感器的過(guò)程中必須嚴(yán)格檢查和調(diào)整其負(fù)荷水平。電流互感器的精確度還和外界磁場(chǎng)、工作環(huán)境的溫度、一次電流、接觸電阻等因素有關(guān)，盡可能減小勵(lì)磁電流是一種有效控制電流互感器誤差的措施，具體策略是采用電阻值低的電纜代替電阻值高的電纜，因而電流互感器應(yīng)該使用弱電控制的方式，因?yàn)榇藭r(shí)的電阻值將更小。在其日常運(yùn)行的過(guò)程中也要開(kāi)展定期的狀態(tài)檢查。

第三，各裝置質(zhì)量檢修。如圖1所示，繼電保護(hù)裝置的構(gòu)成存在三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的部分，無(wú)論是測(cè)量、邏輯，還是執(zhí)行部分，都由特定的電子元器件來(lái)完成某些功能，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中這些元器件會(huì)因?yàn)楦鞣N因素而出現(xiàn)故障，例如，元器件到達(dá)使用壽命、過(guò)電壓、過(guò)電流等都會(huì)損害其正常的功能，進(jìn)而影響二次回路的正常運(yùn)行[6]。因此，在日常檢修中要重視對(duì)各種電子元器件的檢測(cè)和維護(hù)。重點(diǎn)是檢查其運(yùn)行環(huán)境以及各種參數(shù)的范圍。

圖1 繼電保護(hù)的三個(gè)組成部分

第四，系統(tǒng)回路檢修。繼電保護(hù)二次回路由電源、控制線(xiàn)、測(cè)量裝置、執(zhí)行裝置等構(gòu)成完整的回路系統(tǒng)，在開(kāi)展檢修工作時(shí)首先是確保其在結(jié)構(gòu)上的完整性，這一點(diǎn)可參考專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)圖來(lái)完成，設(shè)計(jì)圖中以符號(hào)和文字等形式明確地說(shuō)明了系統(tǒng)的構(gòu)成要點(diǎn)。在回路結(jié)構(gòu)完整的基礎(chǔ)上還要進(jìn)一步檢查其整體的設(shè)計(jì)功能是否滿(mǎn)足要求。繼電保護(hù)回路在檢修和維護(hù)的過(guò)程中還可借助計(jì)算機(jī)模擬的方式來(lái)檢查其合理性，這種技術(shù)措施能夠?yàn)檎{(diào)試工作帶來(lái)很大的便捷性。

四、典型繼電保護(hù)二次回路故障的檢修和維護(hù)措施

（一）直流接地故障的處理方法

第一，故障描述。當(dāng)變電站的直流兩點(diǎn)接地存在故障時(shí)有可能導(dǎo)致斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)或者跳閘的不利情況，屬于直流接地故障的范疇。電纜線(xiàn)芯的絕緣層破壞、接線(xiàn)端子的絕緣層老化等是造成直流接地故障的常見(jiàn)因素。另外，變壓器本體保護(hù)的二次接線(xiàn)盒有可能在環(huán)境因素的作用下出現(xiàn)潮濕、進(jìn)水的問(wèn)題，其整體的絕緣效果也會(huì)受到一定程度的影響。

第二，檢修方法。在處理此類(lèi)問(wèn)題時(shí)要將絕緣性能檢測(cè)和設(shè)備防潮作為重點(diǎn)，設(shè)備端子接線(xiàn)箱、變壓器本體二次接線(xiàn)盒以及機(jī)構(gòu)箱等部位容易受到潮氣的影響，因而要檢查其防雨防潮措施是否滿(mǎn)足要求。同時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)電纜絕緣性的檢查工作。

（二）繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)的處理方法

第一，繼電保護(hù)裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性與交流電壓電流回路的正確性具有非常密切的聯(lián)系，因此，當(dāng)該回路的接線(xiàn)方式發(fā)生變化之后，必須按照技術(shù)規(guī)范重新檢查回路的接線(xiàn)方式是否存在錯(cuò)誤。當(dāng)其出現(xiàn)接線(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)造成繼電保護(hù)裝置在關(guān)鍵時(shí)刻不能做出正確的動(dòng)作，也就形成了拒動(dòng)或者誤動(dòng)之類(lèi)的故障。

第二，交流電和電流二次回路在無(wú)接地的情況下會(huì)產(chǎn)生比較顯著的感應(yīng)電壓，并且這種電壓值會(huì)達(dá)到較高的水平，為了避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，在工程實(shí)踐中必須對(duì)以上回路設(shè)置專(zhuān)門(mén)的接地，并且采用一點(diǎn)接地的方案。

五、結(jié)束語(yǔ)

繼電保護(hù)二次回路的故障主要集中在電源損壞、接觸不良、接觸點(diǎn)粘連、元器件受損以及隱蔽性故障等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)將會(huì)嚴(yán)重制約電力電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性、損壞電力設(shè)備以及產(chǎn)生安全隱患。電力企業(yè)在管理過(guò)程中必須采取有效的措施來(lái)處理繼電保護(hù)二次回路中的常見(jiàn)故障因素，將電流檢測(cè)法、負(fù)荷檢測(cè)法、系統(tǒng)回路檢測(cè)法等綜合地應(yīng)用起來(lái)。