高壓電網繼電保護及安全自動裝置的可靠性研究

周泰源

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650000）

0 引 言

繼電保護及安全自動裝置是確保高壓電網穩定運行的基礎，一旦自動裝置出現了故障，如動作失誤、延遲等，就表示繼電保護系統不能對電網的運行情況進行正確判斷，更不能將判斷信息發送到值班室。如果此時的電網電流過大，則可能會導致線路損壞和供電中斷問題。因此，需要確保繼電保護的可靠性。

1 高壓電網繼電保護及安全自動裝置故障類型及原因

1.1 電壓互感器二次電壓回路故障

此故障一直是高壓電網繼電保護系統運行的主要問題之一，并且繼電保護工作從電壓互感器開始。這表示電壓互感器的運行情況直接關系到高壓電網繼電保護系統的運行情況。雖然電壓互感器二次回路設備數量不多，且接線也不復雜，但是電壓互感器二次電壓回路故障類型卻相對較多，故障導致的最嚴重后果是保護誤動或拒動。

分析以往的高壓電網繼電保護安全自動裝置運行情況可知，電壓互感器二次電壓回路故障主要體現在如下3個方面。

第一，電壓互感器二次中性點接地方式異常。具體表現是二次未接地、虛接、或者是多點接地，主要是由變電站接地網原因和接線工藝原因導致[1]。電壓互感器到接地網之間的電壓具體數值的影響因素主要有各相電壓不平衡差異、接觸電阻，并且這一電壓會施加到保護裝置上，當各相電壓出現變化時，會導致阻抗元件拒動或誤動。

第二，電壓互感器開口三角電壓回路異常。具體表現有電壓互感器開口三角電壓回路斷線等，主要是由機械原因導致，但是短路故障則和工作人員的部分習慣有關。電磁型母線和變壓器的保護系統中，如果想要確保電壓處于零序電壓定值狀態下，就需要限制電阻短接。因此，操作人員大多數會選擇應用小刻度的電流繼電器，以造成開口三角回路阻抗的下降。此時如果出現了接地故障，零序電壓會增加，回路負荷阻抗會減小，回路電流會增加，導致電壓繼電器和電流繼電器線圈過熱，進而引發絕緣破壞，出現故障問題。

第三，電壓互感器二次失壓。此故障屬于常見的高壓電網繼電保護安全自動裝置故障之一，其故障原因主要是開斷設備性能不完善、二次回路不完善[2]。

1.2 電流互感器故障

此故障一直是高壓電網繼電保護系統運行的主要問題之一，電流互感器也是判斷高壓電網繼電保護系統運行情況的主要設備。具體地，電流互感器能夠顯示出一次電流的波形，同時還能顯示故障位置處的電流變化率、電流數值、電流波形及電流相位。但是傳統的電流互感器并不能有效地做到前文所述的要求。這是因為傳統電流互感器的制作原理是電磁感應原理，并通過鐵芯耦合來實現一、二次電流變換；而鐵芯具備磁飽和特性，且屬于非線性組件；如果一次電流數值超過了額定值，電流互感器會處于飽和狀態，勵磁電流也會增加，高次諧波分量和非周期分量數量也會增加，進而導致二次電流失真，對繼電保護系統正常運行造成影響。

在電工基礎理論中，可以總結出如下觀點。如果電流互感器會處于飽和狀態，一次電流中的直流分量會增多，加上鐵芯中有剩磁的成分，一旦鐵芯短路，在運行半個周期后互感器便會達到飽和狀態[3]。于是一次電流在運行狀態下便會轉變為勵磁電流，此時二次電流基本為0，并且由于電流互感器過于飽和，其傳變特性會下降，甚至會降到0，電流互感器便會出現拒動或誤動問題，進而引發主變壓器后備保護越級跳閘。

1.3 微機保護裝置故障

導致微機保護裝置故障的原因主要有兩個，一個是電源原因，另一個是干擾和絕緣原因。電源原因指的是電源輸出功率不足，導致輸出電壓降低，進而導致了電路基準值異常、充電電路時間變短等問題，進而導致微機保護系統出現邏輯配合失誤、邏輯功能判斷失誤等故障。

2 高壓電網繼電保護及安全自動裝置故障處理方式

2.1 直觀處理方式

直觀處理方式是最為常見的高壓電網繼電保護安全自動裝置故障處理方式，不涉及到任何的檢查儀器設備，需要維修人員通過視覺、聽覺及嗅覺來判斷故障位置、觀察設備運行情況。直觀處理方式的應用原理如下。如果電網或繼電保護裝置出現了運行問題和故障，其中部分元器件或線路就會出現變色、冒火星等情況，這些均可以通過肉眼直接觀察所得；部分設備存在故障后會出現異常聲響，維修人員通過判斷聲音方向便可以縮小故障范圍，并進一步確定故障位置；部分設備存在故障后會產生熱源，設備和線路在高溫環境下運行會產生焦味，維修人員通過嗅覺即可處理故障。但是這種故障處理方式的應用需要維修人員具備豐富的高壓電網繼電保護安全自動裝置故障處理經驗，以充分發揮直觀處理方式的應用效果。

2.2 短接處理方式

安裝高壓電網繼電保護裝置的主要目的是確保電網穩定運行，如果電網存在故障，保護裝置可以自動對電網進行保護；但如果保護裝置出現了故障，就會導致自動保護動作不正確，甚至是不出現保護動作，進而導致電網故障。此時，維修人員有必要及時處理保護裝置故障，避免對電網運行造成進一步影響。短接處理方式指的是通過人工短接導線的方式來判斷故障位置。這種逐一環節檢查的方式能夠準確地判斷故障范圍，隨后再具體判定故障位置，維修人員即可針對故障類型采取相應的維修方式，進而盡快恢復保護裝置的保護功能。

2.3 參照處理方式

參照處理方式指的是以高壓電網繼電保護安全自動裝置的正常運行參數為參照，如果裝置出現了故障，其運行參數必然會和正常狀態下的參數之間存在差別，維修人員便可以對比故障裝置和正常裝置的各項運行參數，找到異常運行參數，進而找到相應的故障位置。參照處理方式一般應用在高壓電網繼電保護安全自動裝置定期校驗、接線錯誤故障檢驗中，并且此方式還能夠排查潛在故障。很多潛在故障通過其他故障檢測方式是無法排查的，只能通過對比運行參數的方式，才能準確地找到故障位置并分析故障原因。但參照處理方式不能應用在經過回路改造和設備更換的高壓電網繼電保護安全自動裝置故障診斷中。這是因為這些設備的線路和零部件與常規設備有所差別，通過接線分析方式并不能有效地分析出其故障。

2.4 逐項拆除處理方式

逐項拆除處理方式指的是將并聯的二次回路線路按照一定的順序脫開，隨后再按照脫開的順序將線路依次放回，如果線路在放回后能夠正常運行，表示被放回的線路不存在任何故障；如果線路在放回后不能夠正常運行，表示被放回的線路存在故障。逐項拆除處理方式一般應用在高壓電網繼電保護安全自動裝置直流接地、交流電源熔絲等故障診斷中。具體地，在診斷直流接地故障時，需要先結合電路負荷的重要程度，分別將直流屏短時間拉開，即切斷線路，通常需要將切斷時間控制在3 s以內，如果切斷線路后故障依然沒有消失，表示故障不存在在被切斷線路上；如果切斷線路后故障消失，表示故障存在在被切斷線路回路上。此時需要再通過切斷線路方式來找到故障所在的具體支路，在找到故障位置后，便可以拆除電源端端子尋找到故障點，維修人員即可針對故障類型采取相應的維修方式。在診斷交流電源熔絲故障時，需要從電壓互感器的二次端相將引出的端子分離，維修人員即可針對故障類型采取相應的維修方式。

2.5 替換處理方式

替換處理指的是用功能正常的設備元件來取代疑似存在故障的元件，以判斷被取代的元件是否存在故障，進而盡快地尋找到設備故障，適用于綜合自動化保護裝置故障處理操作。同時，如果要尋找內部回路復雜單元繼電器的故障、微機保護故障，也可以應用替換處理方式。如果采取該方式后設備恢復正常運行狀態，說明被替換來下的元件存在故障；如果設備沒有恢復正常運行狀態，還需要選擇其他的故障檢查和解決方式。

3 結 論

考慮到高壓電網繼電保護及安全自動裝置在運行過程中難免會出現故障，維修人員需要掌握故障類型、原因及處理方式，以提高繼電保護故障處理專業程度。同時，需明確故障分析和處理是繼電保護系統的重要環節之一，需提高工作效率，以確保高壓電網繼電保護及安全自動裝置運行的可靠性。