電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測(cè)方法分析

任苗壯

國(guó)網(wǎng)舞陽(yáng)縣供電公司 河南漯河 462400

我國(guó)電力系統(tǒng)在進(jìn)行繼電保護(hù)方面的各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。尤其是近些年設(shè)備的更新?lián)Q代更使得這項(xiàng)技術(shù)得到發(fā)展。為提升供電穩(wěn)定性，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，指出了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的重要作用，分析了電力繼電保護(hù)常見(jiàn)的故障類(lèi)型，即開(kāi)關(guān)設(shè)備故障、人為原因故障、電流互感器和電壓互感器故障，提出電力繼電保護(hù)裝置故障處理措施。應(yīng)提升工作人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，做好安裝、檢修和維護(hù)工作，優(yōu)化電力繼電保護(hù)故障處理措施。通過(guò)進(jìn)行一定的方法創(chuàng)新可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測(cè)效果的提升。

1 繼電保護(hù)的概述

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，隨時(shí)會(huì)發(fā)生各種故障或者系統(tǒng)發(fā)生異常。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者系統(tǒng)異常的時(shí)候，事件保護(hù)就會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)發(fā)出警報(bào)，甚至可以直接將故障部分進(jìn)行切除或者隔離，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要保護(hù)措施。電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其中最主要的原因就是能及時(shí)排除這種故障，從而使電力系統(tǒng)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的環(huán)境。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)變壓器、發(fā)電機(jī)和輸電線路等進(jìn)行保護(hù)是極其重要的，如果對(duì)系統(tǒng)及其元件保護(hù)不及時(shí)，有可能導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的癱瘓。在實(shí)際操作中，通常采用有觸點(diǎn)的繼電器對(duì)系統(tǒng)和元件進(jìn)行有效保護(hù)，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，這種保護(hù)的方法人們稱(chēng)為繼電保護(hù)。當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或者出現(xiàn)異常情況時(shí)，繼電保護(hù)裝置就能在最短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)從系統(tǒng)中切除故障部位，或者發(fā)出警報(bào)信號(hào)。值班的工作人員根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行跟蹤并查找故障的根源，從而避免設(shè)備遭受更嚴(yán)重的破壞，或者對(duì)相鄰地區(qū)的供電造成更大范圍的影響。繼電保護(hù)有一個(gè)前提，那就是繼電保護(hù)裝置必須具有以下功能：一是正確識(shí)別被保護(hù)的元件是正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)還是真正發(fā)生了故障；二是啟動(dòng)繼電保護(hù)后，是區(qū)域內(nèi)保護(hù)還是區(qū)域外保護(hù)。只有滿足這兩個(gè)條件，繼電保護(hù)裝置才能發(fā)揮它應(yīng)有的功能。一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，工頻電氣量就會(huì)發(fā)生明顯的變化，并呈現(xiàn)以下特征：電流突然增大，電壓突然降低，電流與電壓之間的相位角發(fā)生改變，測(cè)量阻抗發(fā)生明顯變化等。利用故障發(fā)生時(shí)電氣量的明顯變化，便可構(gòu)成繼電保護(hù)。

2 運(yùn)行維護(hù)原則

為保障繼電保護(hù)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，構(gòu)建起完善的繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)體系，應(yīng)遵循以下原則：第一，確保運(yùn)行安全。將保證繼電保護(hù)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性與電力系統(tǒng)使用安全作為核心目標(biāo)，采取一系列手段措施實(shí)現(xiàn)這一目的，如開(kāi)展繼電保護(hù)裝置的日常維護(hù)與定期檢驗(yàn)、裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷與檢修等工作。第二，宏觀規(guī)劃、逐步落實(shí)?？紤]到繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，涉及到諸多方面，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)的宏觀規(guī)劃方案，將總體目標(biāo)分解為若干具體任務(wù)，分層逐步實(shí)施推進(jìn)[1]。

3 電力繼電保護(hù)的故障分析

3.1 運(yùn)行故障

運(yùn)行功能故障是電氣保護(hù)輸出中最常見(jiàn)的一種故障。連接裝置的故障可以通過(guò)調(diào)節(jié)由于工作時(shí)間長(zhǎng)而引起的局部高溫以及由于該部分的保護(hù)裝置故障而導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)電路的失靈、二次回路的故障等都是運(yùn)行故障。通常電力系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)期間很大程度上會(huì)被周邊環(huán)境的變化所影響，當(dāng)環(huán)境條件存在差異的時(shí)候，帶給電力系統(tǒng)的影響作用也有很大的差異。同時(shí)，考慮到電力系統(tǒng)需要始終都處在運(yùn)行的模式，就極易出現(xiàn)設(shè)備老化或者是腐蝕的問(wèn)題，使得整體繼電保護(hù)的成效下降。此外，考慮到電力系統(tǒng)是始終無(wú)休的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，短抑或是高負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)象普遍存在，要求維修人員高度關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行問(wèn)題?；诂F(xiàn)有的大數(shù)據(jù)分析研究，如繼電保護(hù)裝置內(nèi)出現(xiàn)的潛在運(yùn)行故障相對(duì)偏多時(shí)，則很大程度上會(huì)誘發(fā)規(guī)模較大的電力安全事故。事故的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)的穩(wěn)定因素出現(xiàn)。因此，針對(duì)繼電保護(hù)裝置展開(kāi)定期的運(yùn)行故障排查與處理很有必要。

3.2 開(kāi)關(guān)設(shè)備故障

電力系統(tǒng)工作過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置可以很好地保護(hù)電力系統(tǒng)，使其安全運(yùn)行，其主要構(gòu)成元件是開(kāi)關(guān)和互感器，如果不重視開(kāi)關(guān)設(shè)備檢修工作，很容易產(chǎn)生安全隱患，導(dǎo)致系統(tǒng)因開(kāi)關(guān)老化而出現(xiàn)故障，影響電力系統(tǒng)的正常工作，引發(fā)安全事故。

3.3 電子互感器存在的問(wèn)題

增加電子互感器后，整個(gè)系統(tǒng)面臨的負(fù)擔(dān)會(huì)更明顯，大大減弱了安全性方面的保障。相關(guān)部件也會(huì)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)延遲情況，導(dǎo)致系統(tǒng)的同步功能發(fā)生障礙，影響繼電保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。電子互感器易受到磁場(chǎng)的影響，如果發(fā)生短路情況，則會(huì)進(jìn)一步影響到繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常無(wú)法工作，那么電子互感器的精確度會(huì)大大下降。這是因?yàn)闀和５碾娏骰ジ衅饕驗(yàn)楣收显驎?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤的指令。此外，一些非線性的部件之間也會(huì)產(chǎn)生交互作用，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的安全性嚴(yán)重下降。電子互感式的合并單元可以將模擬信號(hào)匯集起來(lái)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通常是通過(guò)插值算法采集數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是速度快，但是準(zhǔn)確度較差。采集出具的頻率和位置是決定算法準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。另外，電磁波也極易影響合并單元，因此還需要進(jìn)一步分析合并單元的安全性和穩(wěn)定性。

3.4 網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護(hù)以及故障檢測(cè)方法

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程之中，將網(wǎng)絡(luò)化的保護(hù)以及檢測(cè)方法引入到其中可以為其設(shè)備的靈活、穩(wěn)定運(yùn)行提供有效地保障，與此同時(shí)，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)還會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的保護(hù)。換言之，在主站對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行統(tǒng)一化的管理與協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)之上，將會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)其保護(hù)設(shè)備的差動(dòng)與縱聯(lián)串聯(lián)，同時(shí)還可以對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的電氣量進(jìn)行穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其故障的參數(shù)、位置、引發(fā)的原因等進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，從而采取及時(shí)、有效地解決策略，提高電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。因此，網(wǎng)絡(luò)化的繼電保護(hù)與檢測(cè)方法在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程之中具有重要的作用，是其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵性要素。

3.5 自適應(yīng)的繼電保護(hù)以及故障檢測(cè)方法

自適應(yīng)控制有效地發(fā)揮作用主要是通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式以及故障狀態(tài)等因素進(jìn)行檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)。除此之外，在自適應(yīng)控制方法之中，其還能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的變化情況對(duì)其保護(hù)性能進(jìn)行及時(shí)地更改，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠有效地滿足實(shí)際需要，使得電力系統(tǒng)以及繼電保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)際工作之中發(fā)揮更大的作用。例如，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)、對(duì)輸電線路的距離以及變壓器等進(jìn)行保護(hù)，在此基礎(chǔ)之上將會(huì)提升整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，使其能夠在實(shí)際之中發(fā)揮更大的作用[2]。

3.6 綜合自動(dòng)化的繼電保護(hù)以及故障檢測(cè)方法

變電站綜合自動(dòng)化主要是指在電力系統(tǒng)之中融合了通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行整合與處理系統(tǒng)、自動(dòng)化的控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)等。同時(shí)，其還具有對(duì)信號(hào)、測(cè)量、計(jì)費(fèi)、緊急狀況等進(jìn)行控制，并對(duì)維修的信息進(jìn)行有效地處理等功能，這是一個(gè)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理的方法。通過(guò)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，將會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站地進(jìn)行數(shù)字化記錄、統(tǒng)計(jì)分析、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并且，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會(huì)立即發(fā)出警報(bào)。并按照一定的順序?qū)收系那闆r進(jìn)行清洗的記錄，這樣不僅為相關(guān)工作的維修工作提供現(xiàn)實(shí)性的基礎(chǔ)與前提，還會(huì)減少其工作之中的失誤，促進(jìn)其電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，并且不斷地滿足現(xiàn)實(shí)的需要，在實(shí)踐之中發(fā)揮更大的作用。

4 繼電保護(hù)故障檢測(cè)方法措施

4.1 分段法

在日常的維護(hù)工作中，分段法也是常用的檢測(cè)方法。按照這個(gè)檢測(cè)方法，首先要對(duì)系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行劃分，根據(jù)一定的順序?qū)υO(shè)備逐個(gè)進(jìn)行檢查并找出故障。在這個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)高頻保護(hù)收發(fā)機(jī)的定期檢測(cè)是重要的內(nèi)容，查的內(nèi)容主要包括兩部分：一是檢查設(shè)備的運(yùn)行是否正常。二是檢查接收信號(hào)的情況。通過(guò)分段法的方式進(jìn)行劃分，從而對(duì)收發(fā)機(jī)和大型設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，這種檢測(cè)的方法就叫分段法。這種檢測(cè)的方法必須確保通道的通暢，在通道通暢的情況下接入相應(yīng)的負(fù)載。完成以上工作以后再結(jié)合通道情況對(duì)繼電保護(hù)的故障進(jìn)行初步判斷，找出故障存在的具體位置，并采取必要的措施進(jìn)行處理，確保電網(wǎng)的安全。

4.2 繼電保護(hù)裝置故障診斷及檢修

首先，在監(jiān)測(cè)到繼電保護(hù)裝置處于異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，及時(shí)開(kāi)展裝置故障診斷與檢修工作，準(zhǔn)確判斷裝置故障類(lèi)型與產(chǎn)生原因，并要求工作人員全面掌握各類(lèi)常見(jiàn)故障類(lèi)型的相關(guān)信息，以此提高故障診斷效率，保證診斷結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。例如，電壓、電流互感器二次電壓回路故障的主要產(chǎn)生原因包括PT二次中性點(diǎn)接地方式不當(dāng)、二次回路短路、差動(dòng)保護(hù)電流互感器二次回路極性接反等。而電磁系統(tǒng)鉚裝件變形故障的產(chǎn)生原因包括零件過(guò)長(zhǎng)與過(guò)短、用力不均、模具設(shè)計(jì)與裝配不合理。與此同時(shí)，靈活應(yīng)用各項(xiàng)故障診斷方法，如替換法、對(duì)比參照法、目視檢查法、回路拆除法。以替換法為例，使用性能正常的元件逐一替換裝置中的原有元件，如果元件更換后裝置故障問(wèn)題得到解決，表明所更換元件存在質(zhì)量缺陷，以此來(lái)縮小故障查找范圍，或是直接確定故障點(diǎn)[3]。

4.3 替換處理

替換處理手段的原理是通過(guò)替換與正常操作位置有關(guān)的元器件，通過(guò)對(duì)比來(lái)確定故障地點(diǎn)，這樣的操作縮小故障檢測(cè)的范圍，替換處理的方法是解決繼電保護(hù)裝置故障的最常見(jiàn)的措施，更換通常使用故障排除工具。如果對(duì)電源或內(nèi)置開(kāi)關(guān)的反饋導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)出現(xiàn)問(wèn)題，就用已在附近備用或臨時(shí)檢修的繼電器或插頭來(lái)更換它，如果故障消除，則說(shuō)明故障原因就是該元件的問(wèn)題，倘若問(wèn)題仍然存在，就使用這種方法繼續(xù)搜索。例如，在10kV電路系統(tǒng)中，LFP-941A微型計(jì)算機(jī)上的保護(hù)指示燈閃爍，并且您不會(huì)收到任何故障信息，在這種情況下，很難識(shí)別故障原因和故障地點(diǎn)。如果旁邊有同類(lèi)型的設(shè)備，則可以對(duì)該設(shè)備上的各個(gè)插件逐一替換，故障消除時(shí)更換的插件位置就是故障發(fā)生的部位，若故障還沒(méi)有排除，則檢查處理器有沒(méi)有故障。要使用此方法，必須首先確保內(nèi)部程序及挑線是否與定值芯片匹配，僅當(dāng)它們相似并且根據(jù)實(shí)際情況的需要模擬驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行選擇性更換。

4.4 提升工作人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，做好安裝、檢修和維護(hù)工作

不管是電力系統(tǒng)管理還是系統(tǒng)維修工作，工作人員都應(yīng)承擔(dān)起工作職責(zé)，做好本職工作，按標(biāo)準(zhǔn)做好接線工作和設(shè)備安裝工作，確保繼電保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。要檢查接線過(guò)程，確保系統(tǒng)可靠性、安全性，做好常規(guī)檢查工作，保證線路連接質(zhì)量良好。檢查裝置是否存在異常問(wèn)題，如果發(fā)現(xiàn)異常，一定要及時(shí)解決，做好實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，降低系統(tǒng)故障率，使繼電保護(hù)裝置發(fā)揮更大的作用[4]。

4.5 提升設(shè)備的裝備水平，建立合理的繼電保護(hù)系統(tǒng)

設(shè)備技術(shù)水平的提升，對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)性能的改善具有重要作用。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作中，應(yīng)當(dāng)不斷提高元器件的裝備水平，滿足繼電保護(hù)的要求。從實(shí)際情況出發(fā)，需確保元器件滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。同時(shí)，與繼電保護(hù)相關(guān)的各項(xiàng)制度需要不斷完善，如運(yùn)行、維護(hù)和檢修方面，需要有明確的規(guī)章制度，確保設(shè)備檢修和維護(hù)工作有序展開(kāi)，從而保證繼電保護(hù)裝置正常工作。此外，需要考慮措施的科學(xué)性，從而保障繼電保護(hù)裝置安全運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

在電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中，離不開(kāi)繼電保護(hù)。如今的電網(wǎng)系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，在維護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行方面發(fā)揮著重要作用。但在實(shí)際操作中，繼電保護(hù)裝置也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，因此及時(shí)檢測(cè)繼電保護(hù)故障并進(jìn)行排除，對(duì)確保電網(wǎng)安全運(yùn)行意義非同尋常。因此，電力企業(yè)應(yīng)推動(dòng)繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)體系的自動(dòng)化、智能化與信息化發(fā)展，落實(shí)科學(xué)高效的運(yùn)行維護(hù)策略，積極探索適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)機(jī)制，以推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。