電力系統繼電保護及故障檢測方法研究

任洋++滕巍++張笑時

摘 要：人們生產生活中需要電力維持正常，因此電力系統的安全性和穩定性會對人們的生產生活產生直接的影響。為了能夠確保電力系統的安全性和穩定性，必須對電力系統進行檢測、控制和保護，而繼電保護與故障檢測均能夠在電力系統運行中應用，是保證電力系統安全性的重要措施。本文主要分析了電力系統繼電保護及故障檢測的作用，闡述了基于小電流接地系統的故障檢測方法，并針對綜合故障分析系統的功能、繼電保護與故障檢測方法進行了研究和探討。

關鍵詞：電力系統；繼電保護；故障檢測

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

隨著我國經濟的快速發展，城市規模也逐漸增大，各地區電力系統規模也日益增大，導致電力系統所需要處理的故障問題也逐漸增多，難以確保電力系統正常運行。電力系統繼電保護與故障檢測主要指針對電力系統進行自動監測，同時做好對電力系統的控制與保護，屬于電力系統安全性保護的重要系統設施。繼電保護及故障檢測能夠針對多類故障問題發出報警信號，并做出跳閘處理，確保降低故障對電力系統造成的損害，以提高電力系統的安全性和穩定性。

一、電力系統繼電保護及故障檢測的作用

繼電保護及故障檢測的主要作用是保證電力系統的安全性，如果電力系統中繼電保護的設備和元件出現故障問題，則此時繼電保護裝置能夠體現出選擇性、靈敏性、速動性和可靠性特征，向存在故障的設備和元件最近的斷路器發出切斷指令，確保故障能夠被切斷，避免故障問題的擴散，降低故障設備和元件對電力系統的破壞程度，提高電力系統的安全性。繼電保護裝置及故障檢測還能夠針對電力系統中的保護設備和濾波設備等二次裝置進行實時監控，確保電力系統安全穩定運行。同時繼電保護裝置及故障檢測還能夠實現對電力系統異常情況的自動分析，且具有快速性和準確性，能夠高效診斷出故障發生位置和故障性質。

電力系統中設備出現故障或處于異常工作狀態時，繼電保護裝置能夠根據設備的運行維護標準和異常工作情況進行提示，即通過發出報警信號的方式，確保工作人員能夠及時了解到電力系統中存在異常運行情況，同時能夠以最快的速度進行處理，保證設備的安全性。如果設備出現故障時，現場沒有工作人員，則繼電保護裝置能夠直接針對系統進行處理，如切斷故障電氣設備，以確保電力系統的安全性和穩定性。

二、基于小電流接地系統的故障檢測方法

（一）空間電磁場探測單相接地故障支路方法

如果電力系統中小電流接地系統存在單相接地問題，此時接地點的前向支路、后向支路等會出現不同的特征，而且周圍電場和磁場也會出現變化。技術人員采用小電流接地系統穩態分析，能夠針對正常支路和故障支路的5條配電線支路進行故障點探測試驗，然后根據探測結果，獲得正常支路參數、故障支路參數。故障參數就系統參數等，隨后針對該類參數進行穩態分析，獲得故障穩態條件下，配電系統支路零序容性電流及零序容性功率的特征。如果非故障零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為負。如果故障支路故障點前向零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為負，如果故障支路故障點后向零序容性電流超前零序電壓為π/2，則零序容性功率為正。

技術人員進行配電線路的電場和磁場分析，需要不考慮負載和線路間的互感影響，針對周邊電磁場進行仿真接地點探測。電場信號和磁場信號分別進入放大器、濾波器和過零比較器等進行探測，并匯總至比相器和示波器，可以得出三相電壓和電流三相合成的電場和磁場與零序電壓和零序電流分別產生的電場和磁場，能夠可替代。技術人員可以利用五次諧波電流電壓的電場和磁場進行檢測，即利用空間電磁場探測故障支路和故障點就有可靠性和可行性。

（二）識別故障支路與故障接地相的方法

在電力系統中如果小電流接地系統存在單相接地故障，則此時會出現多故障特征暫態情況。針對該種情況，技術人員可以通過建立仿真模型，獲得故障發生前幾個周波的暫態信號波形，繼而可以判斷出支路符合電流出現波形瞬時畸變，得出故障支路與健全支路的三相電流能量時譜，從而實現獲得故障后小波能量接地選線選相判據，達到在系統還沒有收到故障較大影響的情況下，判斷出故障支路和故障接地相。另外為了能夠更進一步提高小電流接地選線和故障定位的準確性，可以將小波變換與神經網絡、模糊識別和專家系統等人工智能相結合，將其應用到配電網系統故障檢測中。

三、綜合故障分析系統的功能

綜合故障分析系統的主要作用是為電力系統工作人員快速提供簡要的故障信息，包含故障的準確位置、開關跳閘情況以及保護動作行為等，以確保能夠使工作人員以最高效率做出系統恢復決策，同時該能夠提供各個保護裝置故障過程的詳細信息、故障電壓電流變化信息及故障分量對保護裝置的影響等，具有信息量詳細且龐大的特征。

綜合故障分析系統主要功能為能夠針對就地站保護與故障錄波器時鐘同步，同時為站內自動化監控系統提高重要數據，針對數據進行智能化處理，確保能夠滿足不同設備間數據傳輸的轉換，達到不同工作對象工作需求標準。綜合故障分析系統能夠有效提高測距準確性，主要是利用雙短故障測距進行計算，且實現與MIS系統的數據接口和數據交換，提高數據上網靈活性。此外綜合故障分析系統還具有故障系統集中處理功能、故障信息共享功能和故障信息綜合利用能力等。

四、綜合故障分析系統的繼電保護與故障檢測方法

（一）網絡化繼電保護與故障檢測方法

繼電保護裝置是保證電力系統安全穩定運行的重要設備，為了確保繼電保護個主要設備的保護裝置的可靠性，可以采用網絡化繼電保護與故障檢測，即實施微機保護裝置網絡化，實現對保護裝置的差動和縱聯串聯保護。微機保護裝置網絡化主要是由主站進行統一協調和管理，如提供數據通信與處理等支持，同時還能夠保護繼電保護裝置安裝處的電氣量，判斷出故障位置、故障參數、故障性質和故障原因等，繼而快速準確的切除故障元件，提高電力系統和繼電保護系統的安全性和可靠性。

（二）自適應控制繼電保護與故障檢測方法

采用自適應控制保護系統，主要是針對電力系統的運行方式變化和故障狀態變化等進行檢測，同時可以根據實時變化狀態自動改變保護性能，確保能夠適應電力系統各種轉臺變化，提高輸電線路距離保護、發電機保護、變壓器保護等電力系統響應與繼電保護系統的系能，實現繼電保護系統可靠性。

（三）人工神經網絡繼電保護與故障檢測方法

采用人工神經網絡繼電保護與故障檢測，主要是依據生物神經系統的神經網絡、模糊邏輯、遺傳算法等，將其應用在電力系統繼電保護中，以期提高繼電保護的作用。人工神經網絡技術具有自組織、自學習、自適應等能力，且還能夠實現分布式信息存儲和并行處理，同時還能夠明確判斷出電力系統中發故障的方向，判斷出故障的類型，同時檢測出故障的距離，實現對電力系統各個設備的保護。

（四）變電站綜合自動化繼電保護與故障檢測方法

變電站綜合自動化繼電保護與故障檢測措施主要是將自動控制系統、計算機信息采集系統和處理、網絡通信系統等多個技術綜合在一起進行電力系統保護，包含測量功能、信號功能、保護功能、控制功能、計費功能、繼電保護功能、緊急控制功能、故障錄波功能、RTU功能、維修狀態信息處理功能等，實現對電力系統的綜合化管理。變電站綜合自動化計算機系統能夠替代工作人員實現對數字化變電站的監測，包含監視、控制、操作、測量、記錄和統計分析，同時還能夠實現對故障狀態的監視，針對故障問題及時發出報警信號，且能夠針對故障按照順序進行記錄。實現利用通信網絡針對變電站整體協調問題和功能單一問題等進行處理，將其分割成各個獨立的裝置，同時滿足資源共享、遠方控制與信息共享等變電站集成自動化。

此外變電站集成自動化系統，能夠將間隔繼電保護的控制、保護、數據處理等全部集成在多功能數字裝置中，采用光纖總線進行連接，以確保滿足間隔內部、間隔間、間隔同站級間的網絡通信，從而實現對整個繼電保護系統的優化。

結語

綜上所述，電力系統的安全性和穩定性能夠直接影響人們的正常通電，因此電力企業需要加強機電保護與故障檢測。為了提高繼電保護與故障檢測質量，需要注重應用全新的故障檢測方法，并推動電力系統和繼電保護系統向自動化、智能化、網絡化等方向發展，以提高電力系統的安全性和可靠性。

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