繼電保護二次回路檢修與維護方法分析

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電力系統中的各種電氣裝置、線路、連接觸點等在過電壓、過電流以及環境因素的制約下會逐漸發生多種故障，而繼電保護裝置的作用則是在電力系統運行異常的情況下觸發特定的保護性措施，避免這些故障因素對系統電氣設備造成嚴重的危害。繼電保護二次回路故障主要反映在測量、控制等二次設備上，對其檢修和維護策略加以深入的研究，將會產生非常積極的電力系統監控和管理效果。

一、繼電保護二次回路概述

電力系統中的各種電氣設備和電氣元件在運行過程中可能會出現異常或者故障，常見的故障和異常現象包括斷線、短路、過熱、過載等。繼電保護的主要功能是檢測這些故障因素并根據故障情況發出報警信息或者觸發斷路器跳閘，以上就是電力系統中繼電保護的主要作用。在工程實踐中主要利用繼電器及其附屬設備來實現這些功能[1]。電力系統中的設備按照功能可分為一次設備和二次設備，而繼電保護基本屬于二次設備的范疇，繼電器以及各種配套的測量儀表和儀器共同構成了繼電保護二次回路，具體情況可參見表1。二次回路的主要作用是測量、調控以及保護一次設備，繼電保護裝置是二次設備中非常重要的一個組成部分，繼電保護裝置分類如表2。

表1 一次回路和二次回路的區別

表2 電力系統常見繼電保護裝置類型

二、繼電保護二次回路常見故障

（一）電源故障

繼電保護裝置運行時所需的電力能源主要由交流電保安電源系統和直流電源系統來提供，但是這種電源并不能直接滿足繼電保護裝置的使用需求，因為這些裝置內部設計有復雜的電子電路系統，集成了各種類型的元器件，電源系統提供的電能要經過穩壓電源的處理，主要是將電源系統提供的電力能源轉換成適應這些電子電路元器件工作特點的穩定電源。電源系統在故障情況下會停止運行，主要的監測指標為過電流和過電壓。當故障原因消除之后還要由技術人員將其復位，然后才能繼續使用。當電源出現故障并停止工作時會表現出指示燈熄滅、自動閉鎖[2]。

（二）線圈受損

使用最為廣泛的電磁繼電器中包含了簧片、銜鐵、線圈繞組以及鐵芯等重要的構成部分，當電流通過線圈時會產生電磁場、引發電磁力，銜鐵和簧片在這種作用力的影響下發生特定的位移，進而實現繼電器的特定功能。線圈受損是繼電保護裝置二次回路故障的常見起因。繼電器線圈受損的常見原因如下：1）供電不足。由低電壓引發的電力供應不足可造成線圈功能異常，如電磁場強度下降，不能觸發銜鐵和簧片的動作；2）斷線。過大的電壓和電流有可能導致線圈熱熔斷；3）正負極接反。二極管繼電器對線圈的正負極接線具有精確的要求，接反之后就不能完成規定動作；4）絕緣下降或受損。繼電器中使用的線圈都設計有專門的絕緣保護層，當線圈在工作狀態下會發出熱量，長時間的作用會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，觸點粘連。繼電器的連接點（觸點）在加載和斷開的一瞬間會受到較大的電壓和電流作用，而觸點本身也是金屬材料制成，當電壓值達到一定的程度時，可能造成觸點金屬材料冒火花，進而使空氣的有機物形成黑色的異物并粘附在觸點的表面，長期的積累之后就會造成觸點粘連的問題[4]。造成這一現象的常見原因包括負荷容量或者開關頻率超過繼電器的設計范圍。另外，及時不存在超范圍運行的情況，但長期的積累依然會造成粘連的情況，使用時不能超過繼電器的使用壽命。第二，觸點接觸不良。這種現象會造成繼電器的功能出現極不穩定的情況，而接觸不良的誘因也包括多種類型，如接觸點腐蝕、接觸部位存在異物干擾，而繼電器工作的環境也會對其接觸效果產生一定的影響，例如，繼電器在振動情況下工作時就容易出現接觸不良。

（四）隱性故障

所謂隱性故障指的是電力繼電保護裝置從表面上看并不存在明顯的故障，而其運行狀態也基本比較穩定，但實際上某些關鍵的繼電保護裝置已經衍生出潛在的故障隱患，只是暫時還未引發顯著的問題。隱性故障主要集中在接線端子的腐蝕、逐漸粘連，電壓互感器和電流互感器等設備也可能潛藏著故障風險。通常過電壓、過電流以及環節過熱等是誘發隱形故障的主要原因。

（五）繼電保護裝置元器件故障

繼電器保護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、電流以及高溫環境的影響下會逐漸出現故障。有些地區的空氣非常潮濕，水分較大，并且還會存在較多的鹽分，這種帶有一定腐蝕性特點的空氣環境會損害繼電器的內部元器件，還有些地區非常干燥，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因素。

三、繼電保護二次回路的典型檢修方法

第一，電流檢修。差動保護裝置在是繼電保護中非常重要的一種類型，發電機、變壓器以及電動機等電氣設備都要設置專門的差動保護裝置，在具體實施中主要依據流入電流互感器（TA）的兩端矢量差值來作為觸發動作的依據[5]。這種保護方式的理論模型是電氣設備本身可作為一個回路中的節點，那么從這一節點中流入和流入的電流應該是一樣大的，差動保護裝置設計有整定值，將其與差動電流進行比較，一旦差動電流超過這一整定值，就會觸發斷路器跳閘。由此可見，電流互感器對差動保護裝置的正常動作具有非常關鍵的作用，現階段使用最廣泛的是D級電流互感器，在檢修和維護電流互感器的過程中要確保其最大的運行電流滿足差動保護的要求，也就是讓差動保護的二次回路的電流整定數值處于合理的范圍之內。這是避免故障的重要措施。

第二，負荷檢修。利用電磁感應原理來工作的電流互感器會因為過負荷而產生一定的故障，最為常見的問題是鐵芯磁通量達到過飽和狀態，進而使電流誤差增大，表針的指示也會受到很大的影響。另外，磁通量的增大會進一步使電流感應器中的二次繞組和鐵芯發熱，設備絕緣層受到這種熱力作用的干擾，使其絕緣層加快老化，進而造成互感器出現故障并導致電力事故。因此，在檢修和維護電流互感器的過程中必須嚴格檢查和調整其負荷水平。電流互感器的精確度還和外界磁場、工作環境的溫度、一次電流、接觸電阻等因素有關，盡可能減小勵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，因而電流互感器應該使用弱電控制的方式，因為此時的電阻值將更小。在其日常運行的過程中也要開展定期的狀態檢查。

第三，各裝置質量檢修。如圖1所示，繼電保護裝置的構成存在三個相互關聯的部分，無論是測量、邏輯，還是執行部分，都由特定的電子元器件來完成某些功能，但是在實際應用的過程中這些元器件會因為各種因素而出現故障，例如，元器件到達使用壽命、過電壓、過電流等都會損害其正常的功能，進而影響二次回路的正常運行[6]。因此，在日常檢修中要重視對各種電子元器件的檢測和維護。重點是檢查其運行環境以及各種參數的范圍。

圖1 繼電保護的三個組成部分

第四，系統回路檢修。繼電保護二次回路由電源、控制線、測量裝置、執行裝置等構成完整的回路系統，在開展檢修工作時首先是確保其在結構上的完整性，這一點可參考專門的設計圖來完成，設計圖中以符號和文字等形式明確地說明了系統的構成要點。在回路結構完整的基礎上還要進一步檢查其整體的設計功能是否滿足要求。繼電保護回路在檢修和維護的過程中還可借助計算機模擬的方式來檢查其合理性，這種技術措施能夠為調試工作帶來很大的便捷性。

四、典型繼電保護二次回路故障的檢修和維護措施

（一）直流接地故障的處理方法

第一，故障描述。當變電站的直流兩點接地存在故障時有可能導致斷路器出現拒動或者跳閘的不利情況，屬于直流接地故障的范疇。電纜線芯的絕緣層破壞、接線端子的絕緣層老化等是造成直流接地故障的常見因素。另外，變壓器本體保護的二次接線盒有可能在環境因素的作用下出現潮濕、進水的問題，其整體的絕緣效果也會受到一定程度的影響。

第二，檢修方法。在處理此類問題時要將絕緣性能檢測和設備防潮作為重點，設備端子接線箱、變壓器本體二次接線盒以及機構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足要求。同時還要加強對電纜絕緣性的檢查工作。

（二）繼電保護裝置誤動或拒動的處理方法

第一，繼電保護裝置的測量準確性與交流電壓電流回路的正確性具有非常密切的聯系，因此，當該回路的接線方式發生變化之后，必須按照技術規范重新檢查回路的接線方式是否存在錯誤。當其出現接線錯誤時會造成繼電保護裝置在關鍵時刻不能做出正確的動作，也就形成了拒動或者誤動之類的故障。

第二，交流電和電流二次回路在無接地的情況下會產生比較顯著的感應電壓，并且這種電壓值會達到較高的水平，為了避免此類問題的發生，在工程實踐中必須對以上回路設置專門的接地，并且采用一點接地的方案。

五、結束語

繼電保護二次回路的故障主要集中在電源損壞、接觸不良、接觸點粘連、元器件受損以及隱蔽性故障等，這些問題的出現將會嚴重制約電力電氣系統的穩定性、損壞電力設備以及產生安全隱患。電力企業在管理過程中必須采取有效的措施來處理繼電保護二次回路中的常見故障因素，將電流檢測法、負荷檢測法、系統回路檢測法等綜合地應用起來。