電力繼電保護故障的檢測與維修技術(shù)研究

梁杰菠

（柳州市質(zhì)量檢驗檢測研究中心，廣西 柳州 545026）

1 電力系統(tǒng)繼電保護裝置的故障問題

1.1 開關(guān)設(shè)備故障

繼電保護設(shè)備的組合設(shè)備和復(fù)合開關(guān)設(shè)備已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的常見設(shè)備。復(fù)合開關(guān)多應(yīng)用到進口開關(guān)線柜內(nèi)。變壓器出口位置的線柜以熔斷器開關(guān)為主。在使用開關(guān)設(shè)備時，必須參考實際情況使用。若使用方法不合理，則會引發(fā)電路系統(tǒng)故障。當設(shè)備發(fā)生故障問題時，要及時判斷電網(wǎng)異常情況，如開關(guān)質(zhì)量不合格等。

繼電保護裝置二次回路中，母聯(lián)開關(guān)誤跳閘屬于常見故障，對電力線路供電影響大，極易導(dǎo)致設(shè)備損傷，造成企業(yè)經(jīng)濟損失。如220 kV 線路B 相電流，針對同一處電纜保護回路和測量回路，B 相電纜芯一旦被破壞，就會導(dǎo)致電纜芯燒斷和破壞問題。如果它搭接到母差保護B 相電纜芯上方，則會嚴重影響線路輸電狀態(tài)，導(dǎo)致母聯(lián)開關(guān)誤跳閘。該現(xiàn)象的原因可能是開關(guān)回路設(shè)計不合理、存在設(shè)計缺陷、技術(shù)人員不熟悉母線倒閘操作以及檢查不到位等[1]。

1.2 電流、電壓互感器故障

配電系統(tǒng)進出線出口發(fā)生故障問題時，會導(dǎo)致配電所出現(xiàn)進口線保護問題。對繼電保護故障實行系統(tǒng)化檢查，從而獲得常見的故障問題。技術(shù)部門的監(jiān)管人員要采用集中監(jiān)管模式，及時發(fā)現(xiàn)故障并分析故障原因。當一次電流比較大時，會對電流分量產(chǎn)生影響，使其達到飽和狀態(tài)，引發(fā)二次失真問題，影響系統(tǒng)運行。如圖1 所示，電流互感器達到飽和狀態(tài)會影響斷路器保護效果，從而處于拒動狀態(tài)，對后續(xù)運行質(zhì)量的影響大。如果沒有及時處理問題，則會導(dǎo)致變壓器跳閘，對電力系統(tǒng)的電路產(chǎn)生影響，降低綜合運行水平[2]。

圖1 二次失真故障的錄波

電壓互感器發(fā)生二次回路故障時，主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）二次回路中，中性點會出現(xiàn)多點接地和未接地現(xiàn)象。二次中性點虛接故障，可能是受到變電站接地網(wǎng)影響。如果接線工藝不合理，則會增加二次回路故障。如果二次未接地，則二次回路會影響電壓的平衡性，致使方向元件和阻抗元件拒動。繼電保護裝置運行過程中，故障排查難度比較大，因此在投運驗收時，電力人員應(yīng)當加大關(guān)注度[3]。

（2）PT 開口位置，若出現(xiàn)三角電壓回路斷線，則會導(dǎo)致零序保護拒動。

（3）PT 二次失壓問題，多是二次回路、設(shè)備性能不完善所致，屬于常見二次回路故障。

1.3 電源故障

電力系統(tǒng)的繼電保護工作中電源會維持電力系統(tǒng)運行質(zhì)量。為了科學(xué)分析故障隱患，必須嚴格監(jiān)管不良問題，保證運行管控效果。

（1）電力系統(tǒng)電源故障會中斷電力系統(tǒng)運行，此時要重點分析繼電保護系統(tǒng)的影響因素。

（2）線路運行期間，如果電流超出額定范圍，則會加劇線路損壞，影響供電質(zhì)量[4]。

（3）當運行質(zhì)量與要求的差距較大時，則會引發(fā)停電事故。

（4）在管理供電裝置時，由于不同供電裝置具備不同的工作電壓，如果人為接錯電路，則很難發(fā)揮電路電壓作用，還會影響電力系統(tǒng)的運行安全性，進一步影響管理成效。

（5）在選擇繼電保護裝置時，當電源材料存在質(zhì)量隱患時，會縮短運行時間，且故障問題會影響供電過程，從而出現(xiàn)供電終止情況。

1.4 干擾絕緣故障

監(jiān)管繼電保護系統(tǒng)的安全時，干擾絕緣故障會影響運行效益。繼電保護裝置設(shè)置絕緣外皮，如果長期未更換，則會導(dǎo)致絕緣保護裝置破損，對安全管理工作的影響較大。尤其是陰雨天氣，會由于絕緣性能喪失出現(xiàn)短路故障，影響電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

管理繼電保護裝置時，外部因素的影響明顯。高強電磁場會產(chǎn)生巨大影響，嚴重干擾繼電保護裝置的運行，還會影響電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量。電力繼電保護增加導(dǎo)線阻抗數(shù)值后，可能會影響濾波，很難遵照標準化流程操作。

1.5 線路越級跳閘

電力系統(tǒng)110 kV 線路受外部因素影響，很容易出現(xiàn)斷線接地問題，進一步引發(fā)電路越級跳閘問題，對線路輸電安全性的影響大。針對故障線路母線，變壓器選跳保護時間配合不佳，會自行切除母線中性點接地變壓器，導(dǎo)致中性點不接地變壓器和母線連接，造成中性點電位升高。主變壓器升溫著火，會加劇經(jīng)濟損失。

2 電力繼電保護故障檢測技術(shù)

2.1 基于空間電磁場，探測單相接地故障

小電流接地系統(tǒng)運行期間，如果出現(xiàn)單相接地故障，那么接地點的后向支路、前向支路、無故障支路的零序電壓與電流，都會呈現(xiàn)明顯不同的特征，但是周邊電磁分布相同，此時可以通過零序電場、磁場明確接地故障點[5]。

2.2 識別故障短路、故障接地相方法

當出現(xiàn)小電流接地故障后，會出現(xiàn)明顯暫態(tài)過程，建立數(shù)學(xué)模型，可以獲取一段時間內(nèi)的電壓、電流波形，同時對電流畸變量進行測量，對接地點電流、電壓信號實行小波變換處理，獲取頻譜圖像。分析電流特征量和故障頻帶特征值，在維持電力系統(tǒng)運行正常的同時，確定故障線路的故障點。小波變換法的局限性較強，要結(jié)合蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，高效檢測故障問題，明確故障類型。

2.3 應(yīng)用綜合故障分析系統(tǒng)

微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化水平提升，繼電保護關(guān)鍵裝置可以實現(xiàn)縱聯(lián)串聯(lián)、差動保護，為系統(tǒng)主站提供通信、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理的支持。按照繼電保護裝置反映的電氣量，找尋故障位置、性質(zhì)、參數(shù)等，并且將命令發(fā)送至系統(tǒng)保護裝置，掌握故障元件與設(shè)備信息，降低故障經(jīng)濟損失，提升系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

3 電力繼電保護故障檢修方法

3.1 直觀檢修法

直觀檢修法具備操作簡單、快捷等優(yōu)勢。在繼電保護故障中，不能使用技術(shù)裝置處理所有故障，而是要派遣專業(yè)檢修人員處理故障。檢修人員密切觀察繼電保護裝置的外觀，查看明顯變化內(nèi)容，如高溫導(dǎo)致的顏色變化、結(jié)構(gòu)變化、短路燒焦氣味等[6]。采用肉眼觀察法，對繼電保護故障位置進行判斷。

3.2 短接檢修法

短接法可以檢修線路連接點異常故障。檢修人員對檢修裝置實行短路短接處理，將導(dǎo)線與檢修裝置的金屬線連接后接通電流，全面檢測并記錄電流數(shù)值。當電氣設(shè)備運行正常時，則要對運輸線路的故障進行判斷，將故障點控制在短路范圍內(nèi)。針對檢修設(shè)備，則要實行短路短接處理，減少檢修設(shè)備的數(shù)量，明確故障位置。

3.3 排除檢修法

排除檢修法主要用于回路故障檢修，快速找尋故障點。檢修人員拆除系統(tǒng)內(nèi)的并聯(lián)電路，參考原有順序，將拆卸的電氣元件、裝置進行還原安裝。連通電流之后，密切觀察二次回路的運行狀態(tài)[7]。當二次回路存在故障問題時，則要對回路裝置故障進行判斷。檢修人員拆分設(shè)備之后，采用直觀檢修法分析故障問題。

3.4 替換檢修法

替換檢修法檢修效果理想，然而檢修效率比較低。當檢修工作量較大時，很難使用替換檢修法。檢修人員要準確分析故障位置，將故障點限定在電氣元件內(nèi)。檢修人員按照疑似故障的裝置準備同規(guī)格裝置，拆解故障元件，替換新的元件。如果電力系統(tǒng)運行正常時，則表明原有系統(tǒng)的元件出現(xiàn)了故障。如果電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)異常，則要替換故障元件，直到找到故障元件。

3.5 對照檢修法

電力繼電保護故障中，對照檢修法比較常用，可以對照系統(tǒng)的裝置運行參數(shù)，準確測量故障線路的數(shù)據(jù)，對比正常運行參數(shù)。對比數(shù)據(jù)后，找尋故障區(qū)間，但并非所有數(shù)據(jù)對比結(jié)果不一致都要劃定到線路故障中。當測量組、對照組數(shù)據(jù)存在明顯差異時，則更換同規(guī)格繼電器，再次對比數(shù)據(jù)。

4 電力繼電保護故障的檢修措施

4.1 斷裂故障的檢修

繼電保護裝置損壞后，可能會出現(xiàn)斷裂、墜落風(fēng)險，引發(fā)母線短路。檢修操作中，針對性處理絕緣子斷裂情況。

第一，保證絕緣子的強度，按照設(shè)備結(jié)構(gòu)與運行需求，選擇高強瓷或普通瓷。

第二，日常巡視、維護工作中，定期巡檢絕緣子，觀察絕緣子的觸變形、裂紋問題，同時對繼電保護器的引線進行檢修，避免拉力異常導(dǎo)致出現(xiàn)故障。

4.2 開關(guān)過熱的檢修

在變電所內(nèi)，繼電保護裝置應(yīng)用廣泛。繼電保護裝置的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)連接點、傳動結(jié)構(gòu)非常多，動觸頭的行程距離遠，觸頭暴露時間長，會加劇粉塵污染、金屬氧化問題，進一步引發(fā)熱故障[8]。在處理接觸表面時，應(yīng)當重點處理氧化層，使用二氧化鉬潤滑劑開展養(yǎng)護管理，形成完整的保護膜，實現(xiàn)隔水處理效果。使用填平、補平方式，補償接觸面的磨損情況。全面檢查接頭，更換導(dǎo)電膏，以免影響檢修效果。同時要控制好接頭壓力，當設(shè)備長期運行后，接頭會出現(xiàn)松動和磨損問題，技術(shù)人員要及時檢修故障，將壓力施加在接觸電阻，減少接頭不穩(wěn)定問題。

4.3 短路故障的檢修

繼電保護裝置中，短路故障是常見基礎(chǔ)故障。在檢修和維護繼電保護裝置時，要詳細檢查短路保護。在優(yōu)化設(shè)計繼電保護裝置時，及時處理缺相故障。針對主電路容量，則要設(shè)計獨立熔斷器，維持電路控制效果。電氣控制系統(tǒng)運行狀態(tài)下，當電流數(shù)值較大時，則會改變電動機轉(zhuǎn)矩，加劇機械轉(zhuǎn)動部件的損傷。在檢查電動機時，使用接觸器控制回路，能夠?qū)崿F(xiàn)過流保護效果。針對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，則要采用過電流檢修法。

4.4 電網(wǎng)運行故障的檢修

為了確保繼電保護裝置的運行效益，必須做好電網(wǎng)運行檢修工作。在檢修操作中，注重判斷電路的運行溫度，觀察局部高溫情況。當發(fā)現(xiàn)不良問題時，要停止裝置檢修，防止繼電保護裝置運行失靈。注重檢修繼電保護裝置的二次回路，逐一排除潛在運行故障，降低繼電保護裝置的故障率。

5 結(jié) 論

電力系統(tǒng)運行過程中繼電保護裝置的作用突出，因此要關(guān)注繼電保護故障的排查與處理。在檢測繼電保護故障時，檢測人員可以借助現(xiàn)代技術(shù)與設(shè)備，掌握故障類型與原因，采用針對性措施予以處理，保持繼電保護裝置的運行效益。在未來發(fā)展中，還要持續(xù)探索繼電保護故障的檢測技術(shù)、維修技術(shù)，提升繼電保護系統(tǒng)的運行效益，進一步加強電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量與安全，為社會提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。