智能繼電保護系統的故障分析技術

李愛玲

摘 要：作為支持電網安全、順利運行的三道防線之一的繼電保護系統，在整個電力保障系統中作用是舉足輕重的。它自身存在的或外在原因導致的異常和故障有可能會使得電網系統陷入癱瘓之中，從而給整個電力系統帶來難以無法估量的損失。隨著科技的高速發(fā)展，繼電保護系統進入了智能時代，給社會帶來了更多的便利，同時，智能繼電保護系統中的故障也越來越重要地影響到社會的正常發(fā)展、人們的日常生活。因此，對于智能機電系統的故障非常有必要進行深入的分析和研究。

關鍵詞：智能繼電保護系統 故障類型分析 防范措施

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0044-02

隨著科技的發(fā)展，越來越多的電器走進千家萬戶，大大地方便了居民的生活、滿足了社會的需要。與此同時，電力系統的壓力、容量、覆蓋面、需求程度隨之增加，在社會發(fā)展和百姓的日常生活中也占據著越來越重要的地位。這對形勢對電力系統智能繼電保護提出了新的挑戰(zhàn)。實踐中的大量事例無不證明，如果智能繼電系統保護系統發(fā)生意外或產生不正確動作的話，那么整個電力系統都會受到影響，導致嚴重的后果。所以，該文在剖解智能繼電保護系統的工作原理和基本構成的基礎上，總結智能繼電保護系統常見的故障種類，并分析排解智能繼電保護系統故障的策略和方法，拋磚引玉，以供其他研究人員參考。

1 智能繼電保護系統的基本構成和工作原理

1.1 智能繼電保護系統的基本構成

智能繼電保護系統并不是橫空出世的，它的前身是最早的繼電保護裝置熔斷器，后來出現了電磁式、電子式靜態(tài)、微機型繼電保護裝置，最后隨著智能科技的發(fā)展，才出現了智能繼電保護系統。但無論繼電保護裝置如何發(fā)展，它的最基本的構造都是不變的。智能繼電保護系統的基本構造主要有3部分：指令輸出斷路組件、信號對比判斷組件和信號采集測量組件。

信號采集測量組件主要負責搜集反應被保護電力系統的運行狀態(tài)的各種數據，并將這些呈現電力系統是否正常、順利運行的參數數據真實無誤地、及時地反應給繼電保護裝置，在繼電保護系統做出分析后，負責傳導回繼電保護裝置是否啟動的指令。

信號采集測量組件所采集到的各種數據參數由信號對比判斷組件進行分析，它按照內部事先被預設好的邏輯關系和口令，對電力系統運行參數詳細比照分析，以此來得出電力系統是否存在運行故障的結論。如果電力系統不能正常運轉，信號對比判斷組件會準確判斷出故障的類型、故障發(fā)生的大概范圍，然后判斷是否應該執(zhí)行切除命令，并將最后的判斷結果以指令的形式向指令輸出斷路組件輸送。

指令輸出斷路組件在接到指令后，會進行信號比對，確定是否要執(zhí)行斷路指令。如果比對無誤，那么指令輸出斷路組件會忠實地完成相應的動作。它完成動作的形式，可以是聲光顯示，以刺耳聲音和表示警告的燈光顏色來向工作人員發(fā)出故障提示，以便工作人員能夠及時對電力系統的不正常運行狀態(tài)進行檢修、維護。也可以是自動跳閘，突然強硬地切除電力的輸送，保護電力系統不受任何損傷。指令輸出斷路組件非常重要，它是繼電保護系統的最后一步，也是最終的任務目標。

1.2 智能繼電保護系統的工作原理

在電力系統運行過程中，如果一旦出現故障，無論是何原因，總會出現溫度在短時間內升高、頻率較正常水平有所下降、電流增加、電壓不正常等異常現象，這些現象所導致的數據在超過智能繼電保護系統的整定值后，會有一段整定時間來調整。如果在繼電保護的整定時間之后，電力系統的異常還未消失的話，那么繼電保護系統就會選擇性地發(fā)出跳閘斷電的指令或者發(fā)出警報信號，來提示工作人員進行維護調整。相比于之前的各種繼電系統來說，智能繼電系統在靈敏性、快速性、智能選擇性、可靠性和安全性方面，都具有得天獨厚的優(yōu)勢，為其他機電系統所不及。

2 智能繼電保護系統常見的故障類型。

智能繼電保護系統可以說是電力系統的安全防護線，但是這條安全防護線也有出故障的時候。具體來說，智能繼電保護系統的故障名目繁多，它們所引起的影響也有大有小、有輕有重，不可同日而語。除了繼電保護裝置本身因年久問題或其他原因引起的故障外，外部各種因素也可能導致智能繼電保護系統出現故障。總的來說，智能繼電保護系統常見的故障類型主要有以下幾種。

2.1 電壓互感器二次回路故障

在繼電保護裝置中，有一種傳感器至關重要，它主要負責隔離高電壓、指揮被繼電保護的自動裝置、接受測量儀表所獲取的電壓信息，這種傳感器就是電壓傳感器。與電流互感器不同，電壓傳感器的二次負載阻抗會比較大。在通常情況下，二次電壓和一次電壓是正比例關系，前者越大，則后者越大，反之亦然。在二次電壓恒定的情況下，電壓傳感器的二次負載阻抗越小，那么電流就會越大。如果電壓互感器的二次回路出現故障問題，在沒有一定保護措施的情況下，電壓互感器將面臨著被燒壞的風險。電壓互感器是智能繼電保護裝置中的信息采集測量組件開始工作運行的先站，它對于保障智能繼電保護裝置的后續(xù)運行有著非同一般的意義，但是作為開端的電壓互感器卻常常面臨著二次回路故障的問題，必須多加注意才行。

電壓互感器的二次回路故障雖然常常發(fā)生，但總結起來，主要有兩種原因導致。第一是開口三角電壓回路不穩(wěn)定；第二是二次中性點接方式不正確。從工作原理的角度來劃分類型，電壓互感器主要可以分為新型光電式互感器、電容式互感器和電磁式電壓互感器這三種。這三種電壓互感器各有優(yōu)劣，電磁式電壓互感器的優(yōu)點是構造簡單、藝術成熟，但缺點是鐵芯的非線性特點，極易導致鐵磁諧振，進一步造成測量結果不準確的后果，甚至會直接破壞電壓互感器。而電容式互感器沒有電磁式互感器的缺點，但是它的暫態(tài)響應遜于后者。因為電壓互感器二次回路的接線對于環(huán)境場合的要求較為嚴格，所以，不同的場合需要具體不同的要求。在這種情況下，快速熔斷互感器就能夠有效地保護電壓互感器的二次回路。

但是，當電壓回路產生問題時，智能繼電保護系統和自動裝置有可能會不作為或者不會產生正確的動作，此時，自動空氣開關就顯得十分必要了。雖然近年來，市場上生產的各種保護裝置一般都具有良好的性能，能夠在電壓回路斷線時采取閉鎖裝置，使得電壓回路故障不至于引起誤動，但是回路的斷路問題和接地工藝問題依然值得注意。

2.2 電流互感器故障

電流互感器是智能繼電保護系統能否有效保護電力系統正常運轉的重要組成部分。它是依據電磁感應原理而制作并起作用的，主要由繞組和閉合鐵芯這兩部分構成。在智能繼電保護裝置中，它的主要工作是將數值較大的一次電流按照一定的比例關系進行轉化，轉化成數值較小的二次電流，使得電流的數值能夠符合參數采集測量儀表的要求，進而起到保護電力系統的作用。電流互感器所轉化的數值較小的二次電流數據是供電力系統是否能夠正常運行的重要依據，所以電流互感器必須要真實、準確地反應一次電流的波形狀況，并將之準確地轉換成二次電流，不能出現差誤。

在電流傳感器的故障中，接地問題是最常見的。電流互感器的接地必須要串聯，它的一次繞組和被測電路進行串聯，二次繞組和所有儀表負載進行串聯，而且二次側的一端必須要與大地相連，這樣可以在絕緣損壞時，防止一次側高雅竄入二次側高雅，進而對人身和設備造成損害。同時，二次側絕對不允許出現開路的情況，因為這會造成鐵芯的磁化和過度飽和，導致測量結果不準確。

2.3 微機型繼電保護裝置故障

隨著智能時代的到來，計算機技術已經滲透到社會生活的各個領域和角落。在脫離計算機的情況下，沒有一個行業(yè)可以得到長足、快速地發(fā)展。在電力系統的智能繼電保護裝置上，計算機所起到的作用也不可忽視。在科技的支持下，機電保護系統由傳統裝置，向智能化方向發(fā)展，發(fā)展成為微機型繼電保護裝置。微機型機電保護裝置有自己的優(yōu)越性，如數據分析更為準確、誤差更小等等，但是由于微機型繼電保護裝置本身的一些問題，使得它的故障發(fā)生的較為頻繁多樣。

如果微機型故障保護裝置發(fā)生故障問題，那問題的原因一定不外乎以下三種：靜電塵埃問題、電磁干擾和絕緣問題、穩(wěn)定電源問題。因為微機系統具有事先設置、忠實執(zhí)行的特征，所以，在電力系統電源輸出不足的情況下，電壓會出現異常情況，導致電路的基準值發(fā)生錯誤，從而影響微機保護系統對于數據的邏輯分析，導致結果不準確。同時計算機的抗干擾能力較差，對講機、電話等無線通訊設備、強電磁變化等，都有可能會干擾到計算機的正常運行，從而導致微機保護系統的錯誤動作。

3 智能繼電保護系統故障分析策略

繼電保護系統由最初簡單的熔斷器發(fā)展到現在的智能繼電保護裝置，它的部件越來越多，也越來越復雜，同時對技術的依賴程度也越來越高。如果要總結智能繼電保護系統的故障解決方案，確保所有的故障都能迎刃而解，這在實踐中有一定的困難。下面，該文就針對智能繼電保護系統的故障解決方案進行淺要的分析概括。

3.1 替換法排除

當智能繼電保護系統發(fā)生故障時，操作員無法確定是哪一部分出現問題，此時就可以使用好的或者正常的零件替換掉可能發(fā)生故障的零件，然后重新啟動，看智能繼電保護系統能否正常運行，以此來判斷某一區(qū)域內是否出現故障問題。這種方法簡單易行，能夠快速地確定故障發(fā)生點，所以在智能繼電保護系統的故障分析排查時經常用到。它不受部件數量多少、回路是否復雜等其他限制因素的制約，隨時隨地都可以使用，方便實用。

3.2 回路拆除法

二次回路故障是智能繼電保護系統眾多故障中最為常見的一種了。對于故障點位置的確定，二次回路拆除法的做法較為細致。在無法確定障礙點的情況下，可以將二次回路按照先后順序進行拆除，然后再按照順序一一放回。開啟智能繼電保護系統來查驗，當故障出現的時候，就表明某一回路出現問題。然后針對此回路進行拆除，同樣在一一放回，通過這種方法來確定故障回路中的那一部分構件出現問題，再有針對性地維修更換。這種方法較為費時耗力，但勝在原理簡單，便于操作。

3.3 對比參照法

由于智能繼電保護系統比較的精確復雜，所以在安裝過程中，如果技術人員稍有不慎，就會出現接線錯誤。或者在回路改造過程和設備更換過程中，正確的接線連接沒有回復原樣，這些情況都會導致智能繼電保護系統無法正常運轉。在這種情況下，就可以采取對比參照法來確定智能繼電保護系統的故障所在。首先先找一臺可以正常運行的同類設備，拆開外部裝置，將之和出現故障的繼電保護裝置隊形對比參照，兩者不相一致的地方就有可能是故障發(fā)生點。用這種方法可以快速地確定故障點，并準確地給予維修更正。

除上述三種方法之外，還可以對于疑似故障回路進行分段，用短接的方法，來確認回路路障是否在短接范圍之內，從而快速縮小故障范圍。

參考文獻

[1] 劉華，田芳，白義傳，等.繼電保護故障信息管理系統實用化改進方案[J].電力系統保護與控制，2008，36（19）：18-20.

[2] 何光勇.電力系統繼電保護技術現狀與發(fā)展[J].中國電力，2008（15）.

[3] 楊增力，石東源，段獻忠.基于方向比較原理的廣域繼電保護系統[J].中國電機工程學報，2008（22）：87-93.