電力系統繼電保護及故障檢測方法分析

任苗壯

國網舞陽縣供電公司 河南漯河 462400

我國電力系統在進行繼電保護方面的各項技術已經有了很大的進步。尤其是近些年設備的更新換代更使得這項技術得到發展。為提升供電穩定性，促進我國電力行業的發展，指出了電力系統繼電保護裝置的重要作用，分析了電力繼電保護常見的故障類型，即開關設備故障、人為原因故障、電流互感器和電壓互感器故障，提出電力繼電保護裝置故障處理措施。應提升工作人員專業素質，做好安裝、檢修和維護工作，優化電力繼電保護故障處理措施。通過進行一定的方法創新可以實現電力系統繼電保護及故障檢測效果的提升。

1 繼電保護的概述

在電力系統運行過程中，隨時會發生各種故障或者系統發生異常。當電力系統出現故障或者系統異常的時候，事件保護就會對系統進行檢測發出警報，甚至可以直接將故障部分進行切除或者隔離，繼電保護是電力系統的重要保護措施。電力系統的正常運轉，其中最主要的原因就是能及時排除這種故障，從而使電力系統遠離危險的環境。在電力系統的運行過程中，對變壓器、發電機和輸電線路等進行保護是極其重要的，如果對系統及其元件保護不及時，有可能導致整個電力系統的癱瘓。在實際操作中，通常采用有觸點的繼電器對系統和元件進行有效保護，使整個系統運行正常，這種保護的方法人們稱為繼電保護。當電力系統在運行過程中發生故障或者出現異常情況時，繼電保護裝置就能在最短的時間內自動從系統中切除故障部位，或者發出警報信號。值班的工作人員根據系統發出的警報信號對故障進行跟蹤并查找故障的根源，從而避免設備遭受更嚴重的破壞，或者對相鄰地區的供電造成更大范圍的影響。繼電保護有一個前提，那就是繼電保護裝置必須具有以下功能：一是正確識別被保護的元件是正常運轉狀態還是真正發生了故障；二是啟動繼電保護后，是區域內保護還是區域外保護。只有滿足這兩個條件，繼電保護裝置才能發揮它應有的功能。一旦電力系統發生故障，工頻電氣量就會發生明顯的變化，并呈現以下特征：電流突然增大，電壓突然降低，電流與電壓之間的相位角發生改變，測量阻抗發生明顯變化等。利用故障發生時電氣量的明顯變化，便可構成繼電保護。

2 運行維護原則

為保障繼電保護裝置安全穩定運行，構建起完善的繼電保護運行維護體系，應遵循以下原則：第一，確保運行安全。將保證繼電保護裝置運行穩定性與電力系統使用安全作為核心目標，采取一系列手段措施實現這一目的，如開展繼電保護裝置的日常維護與定期檢驗、裝置運行狀態監測、故障診斷與檢修等工作。第二，宏觀規劃、逐步落實?？紤]到繼電保護運行維護是一項系統性工作，涉及到諸多方面，應結合實際情況制定繼電保護運行維護的宏觀規劃方案，將總體目標分解為若干具體任務，分層逐步實施推進[1]。

3 電力繼電保護的故障分析

3.1 運行故障

運行功能故障是電氣保護輸出中最常見的一種故障。連接裝置的故障可以通過調節由于工作時間長而引起的局部高溫以及由于該部分的保護裝置故障而導致的開關電路的失靈、二次回路的故障等都是運行故障。通常電力系統功能實現期間很大程度上會被周邊環境的變化所影響，當環境條件存在差異的時候，帶給電力系統的影響作用也有很大的差異。同時，考慮到電力系統需要始終都處在運行的模式，就極易出現設備老化或者是腐蝕的問題，使得整體繼電保護的成效下降。此外，考慮到電力系統是始終無休的運轉狀態，短抑或是高負荷運行的現象普遍存在，要求維修人員高度關注設備的運行問題?；诂F有的大數據分析研究，如繼電保護裝置內出現的潛在運行故障相對偏多時，則很大程度上會誘發規模較大的電力安全事故。事故的發生會導致經濟損失和社會的穩定因素出現。因此，針對繼電保護裝置展開定期的運行故障排查與處理很有必要。

3.2 開關設備故障

電力系統工作過程中，繼電保護裝置可以很好地保護電力系統，使其安全運行，其主要構成元件是開關和互感器，如果不重視開關設備檢修工作，很容易產生安全隱患，導致系統因開關老化而出現故障，影響電力系統的正常工作，引發安全事故。

3.3 電子互感器存在的問題

增加電子互感器后，整個系統面臨的負擔會更明顯，大大減弱了安全性方面的保障。相關部件也會發生網絡延遲情況，導致系統的同步功能發生障礙，影響繼電保護系統無法正常運行。電子互感器易受到磁場的影響，如果發生短路情況，則會進一步影響到繼電保護系統的正常運行。如果電力系統出現異常無法工作，那么電子互感器的精確度會大大下降。這是因為暫停的電流互感器因為故障原因會導致系統發出錯誤的指令。此外，一些非線性的部件之間也會產生交互作用，從而導致整個系統的安全性嚴重下降。電子互感式的合并單元可以將模擬信號匯集起來轉換為數字信號。通常是通過插值算法采集數據，優點是速度快，但是準確度較差。采集出具的頻率和位置是決定算法準確性的關鍵因素。另外，電磁波也極易影響合并單元，因此還需要進一步分析合并單元的安全性和穩定性。

3.4 網絡化的繼電保護以及故障檢測方法

在電力系統的運行過程之中，將網絡化的保護以及檢測方法引入到其中可以為其設備的靈活、穩定運行提供有效地保障，與此同時，實施網絡化的系統還會實現對相關設備的保護。換言之，在主站對保護裝置進行統一化的管理與協調的基礎之上，將會實現對其保護設備的差動與縱聯串聯，同時還可以對繼電保護設備的電氣量進行穩定，以實現對其故障的參數、位置、引發的原因等進行準確地分析，從而采取及時、有效地解決策略，提高電力系統、繼電保護系統的安全性與穩定性。因此，網絡化的繼電保護與檢測方法在電力系統的運行過程之中具有重要的作用，是其穩定運行的關鍵性要素。

3.5 自適應的繼電保護以及故障檢測方法

自適應控制有效地發揮作用主要是通過對電力系統的運行方式以及故障狀態等因素進行檢測，在此基礎上實現對電力系統的保護。除此之外，在自適應控制方法之中，其還能夠根據電力系統的變化情況對其保護性能進行及時地更改，使得整個系統能夠有效地滿足實際需要，使得電力系統以及繼電保護系統在實際工作之中發揮更大的作用。例如，對發電機進行保護、對輸電線路的距離以及變壓器等進行保護，在此基礎之上將會提升整個電力系統的穩定性與安全性，使其能夠在實際之中發揮更大的作用[2]。

3.6 綜合自動化的繼電保護以及故障檢測方法

變電站綜合自動化主要是指在電力系統之中融合了通過計算機對相關信息進行整合與處理系統、自動化的控制系統、網絡的通信系統等。同時，其還具有對信號、測量、計費、緊急狀況等進行控制，并對維修的信息進行有效地處理等功能，這是一個對電力系統進行綜合管理的方法。通過對變電站綜合自動化計算機系統的應用，將會實現對變電站地進行數字化記錄、統計分析、故障狀態監測，并且，一旦系統出現故障，將會立即發出警報。并按照一定的順序對故障的情況進行清洗的記錄，這樣不僅為相關工作的維修工作提供現實性的基礎與前提，還會減少其工作之中的失誤，促進其電力系統的安全與穩定運行，并且不斷地滿足現實的需要，在實踐之中發揮更大的作用。

4 繼電保護故障檢測方法措施

4.1 分段法

在日常的維護工作中，分段法也是常用的檢測方法。按照這個檢測方法，首先要對系統中的繼電保護裝置進行劃分，根據一定的順序對設備逐個進行檢查并找出故障。在這個檢測過程中，對高頻保護收發機的定期檢測是重要的內容，查的內容主要包括兩部分：一是檢查設備的運行是否正常。二是檢查接收信號的情況。通過分段法的方式進行劃分，從而對收發機和大型設備的運行情況進行檢測，這種檢測的方法就叫分段法。這種檢測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的負載。完成以上工作以后再結合通道情況對繼電保護的故障進行初步判斷，找出故障存在的具體位置，并采取必要的措施進行處理，確保電網的安全。

4.2 繼電保護裝置故障診斷及檢修

首先，在監測到繼電保護裝置處于異常運行狀態時，及時開展裝置故障診斷與檢修工作，準確判斷裝置故障類型與產生原因，并要求工作人員全面掌握各類常見故障類型的相關信息，以此提高故障診斷效率，保證診斷結果真實準確。例如，電壓、電流互感器二次電壓回路故障的主要產生原因包括PT二次中性點接地方式不當、二次回路短路、差動保護電流互感器二次回路極性接反等。而電磁系統鉚裝件變形故障的產生原因包括零件過長與過短、用力不均、模具設計與裝配不合理。與此同時，靈活應用各項故障診斷方法，如替換法、對比參照法、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題得到解決，表明所更換元件存在質量缺陷，以此來縮小故障查找范圍，或是直接確定故障點[3]。

4.3 替換處理

替換處理手段的原理是通過替換與正常操作位置有關的元器件，通過對比來確定故障地點，這樣的操作縮小故障檢測的范圍，替換處理的方法是解決繼電保護裝置故障的最常見的措施，更換通常使用故障排除工具。如果對電源或內置開關的反饋導致微機保護出現問題，就用已在附近備用或臨時檢修的繼電器或插頭來更換它，如果故障消除，則說明故障原因就是該元件的問題，倘若問題仍然存在，就使用這種方法繼續搜索。例如，在10kV電路系統中，LFP-941A微型計算機上的保護指示燈閃爍，并且您不會收到任何故障信息，在這種情況下，很難識別故障原因和故障地點。如果旁邊有同類型的設備，則可以對該設備上的各個插件逐一替換，故障消除時更換的插件位置就是故障發生的部位，若故障還沒有排除，則檢查處理器有沒有故障。要使用此方法，必須首先確保內部程序及挑線是否與定值芯片匹配，僅當它們相似并且根據實際情況的需要模擬驅動器進行選擇性更換。

4.4 提升工作人員專業素質，做好安裝、檢修和維護工作

不管是電力系統管理還是系統維修工作，工作人員都應承擔起工作職責，做好本職工作，按標準做好接線工作和設備安裝工作，確保繼電保護系統穩定運行。要檢查接線過程，確保系統可靠性、安全性，做好常規檢查工作，保證線路連接質量良好。檢查裝置是否存在異常問題，如果發現異常，一定要及時解決，做好實驗驗證，降低系統故障率，使繼電保護裝置發揮更大的作用[4]。

4.5 提升設備的裝備水平，建立合理的繼電保護系統

設備技術水平的提升，對繼電保護系統性能的改善具有重要作用。在電力系統繼電保護工作中，應當不斷提高元器件的裝備水平，滿足繼電保護的要求。從實際情況出發，需確保元器件滿足技術指標的要求。同時，與繼電保護相關的各項制度需要不斷完善，如運行、維護和檢修方面，需要有明確的規章制度，確保設備檢修和維護工作有序展開，從而保證繼電保護裝置正常工作。此外，需要考慮措施的科學性，從而保障繼電保護裝置安全運行。

5 結語

在電網的運行過程中，離不開繼電保護。如今的電網系統繼電保護裝置已經得到了廣泛應用，在維護電網安全運行方面發揮著重要作用。但在實際操作中，繼電保護裝置也經常會出現故障，因此及時檢測繼電保護故障并進行排除，對確保電網安全運行意義非同尋常。因此，電力企業應推動繼電保護運行維護體系的自動化、智能化與信息化發展，落實科學高效的運行維護策略，積極探索適應現代電力系統的繼電保護運行維護機制，以推動我國電力事業的健康、可持續發展。