電力系統繼電保護二次回路的檢修策略探討

徐琳瑋，顧文侃，陳志樑

（上海市電力公司浦東供電公司，上海 200125）

0 引 言

隨著電力系統的規模不斷擴大和復雜度不斷增加，對運行安全性和效率的要求也在不斷提高。作為電力系統保護設備的重要組成部分，繼電保護二次回路的狀態直接影響到電力系統的穩定運行。然而，現行的維護策略往往忽視一些潛在的問題，如設備老化、環境因素以及隨機故障等，可能導致二次回路的故障和誤動作，影響電力系統的安全。因此，探討更有效、更精確的檢修策略，對于提高電力系統的運行安全性和效率具有重要意義。

1 繼電保護二次回路的架構與功能

1.1 繼電保護二次回路的架構

繼電保護二次回路是電力系統中的一個關鍵組成部分，其架構如圖1 所示。其中，200 kV 電流互感器（Current transformer，CT）在二次回路中起到關鍵角色，它可以將高電流轉換成可由繼電保護設備處理的低電流；端子箱作為連接各種設備和元件的節點，對于電氣信號的傳輸和分配具有重要作用；電纜溝用于安裝和保護運行中的電纜，避免因外部環境因素導致電纜損壞和性能下降；保護室是裝置各類繼電保護設備和輔助設備的場所，其環境和條件直接影響設備的運行狀態和壽命；電壓并列柜用于連接和切換電力系統中的電壓路，使系統在正常或異常情況下，都能保持電壓的穩定與連續供電[1]。

圖1 繼電保護二次回路的架構

1.2 繼電保護二次回路的基本功能

繼電保護二次回路的基本功能主要包括故障檢測、故障判別、故障隔離以及故障報告。這些功能是通過繼電保護二次回路中的電氣參數（如電流、電壓、頻率等）進行監測和分析實現的。具體來說，假設電流為I，電壓為U，頻率為f，那么進行故障檢測，則是通過監測電流I、電壓U、頻率f等電氣參數的變化，判斷電力系統是否存在異常或故障。例如，當電流I超過預設的閾值I0時，可能表明電力系統中出現故障。在發現電力系統中可能存在異常或故障后，通過進一步分析電氣參數的變化特性，確定是否真的存在故障。如果電流I持續超過閾值I0，并且電壓U下降，頻率f也發生變化，那么可以判定電力系統中確實存在故障。在確認電力系統中存在故障后，通過控制電力系統中的斷路器或開關等設備，將故障部分隔離，防止故障擴大[2]。如果判定電流I來自于某一段電路，那么就可以通過控制這段電路的斷路器，將其切斷，實現故障隔離。在故障發生并被隔離后，通過通信設備，將故障信息報告給控制中心或運維人員，以便采取進一步的處理措施。

2 繼電保護二次回路的常見問題分析

2.1 繼電保護二次回路故障的常見表現

繼電保護二次回路故障的常見表現主要包括以下幾點。一是誤動作，在沒有任何故障或者異常情況下，繼電保護二次回路卻觸發了保護動作，這是非常危險的，因為它可能導致整個電力系統的停電或者部分電網的斷電，對電力系統的穩定運行產生嚴重影響。二是不動作，在電力系統中出現故障或者異常時，繼電保護二次回路卻沒有觸發保護動作，也就是所謂的“保護失靈”。這種情況也非常危險，因為它可能導致故障擴大，甚至可能引發電力系統的大規模事故。三是延遲動作，繼電保護二次回路在電力系統出現故障或者異常時，雖然能夠觸發保護動作，但是反應速度過慢，不能在第一時間將故障部位隔離，這可能導致故障擴大，對電力系統產生更大的破壞。四是參數異常，這是指繼電保護二次回路中的各種參數，如電流、電壓、頻率等，與正常工作時的參數存在明顯的差異，表明二次回路中可能存在一些問題或者故障。五是元件故障，二次回路中的繼電器、斷路器、電纜等元件出現故障或者損壞，可能導致二次回路的整體性能下降，甚至無法正常工作[3]。

2.2 故障原因分析

繼電保護二次回路故障的原因較多，其中設計失誤，如保護邏輯錯誤或參數設定不當，可能導致保護反應不準確，引發誤動作或保護失效。受長期運行和環境因素（如溫度、濕度、化學腐蝕）影響，元件老化，導致性能下降或完全失效。此外，外部干擾包括電磁干擾、雷擊、動物侵擾等都可能妨礙二次回路的正常運行；人為操作失誤，如誤操作、程序不當、維護不足等，都可能觸發二次回路故障；隱藏故障如線路絕緣破損或接觸不良可能導致二次回路部分功能失效。這些故障產生因素可能單獨或混合出現，從而引發繼電保護二次回路故障。

3 繼電保護二次回路的檢修策略

3.1 現行的檢修策略概述

現行的繼電保護二次回路檢修策略主要是基于經驗和定期維護的模式進行，依賴于電力系統運維人員的經驗和技術能力，通過對二次回路的日常監測和定期檢查，發現并處理可能存在的問題與故障。在設定的維護周期（如每年或每2 年一次）內進行全面的二次回路檢修，包括清潔、緊固、測量以及測試等各項工作。同時，如果在日常監測或定期檢查中發現二次回路存在嚴重問題或故障，立即進行必要的檢修。這種檢修策略在一定程度上保證電力系統的穩定運行，但也存在一些問題，如維護工作量大、維護周期長、對運維人員技術能力要求高等。

3.2 檢修策略的優缺點比較

基于經驗和定期維護的檢修策略作為最早的維護策略之一，具有一定的優點和明顯的缺點。其優點主要為易于規劃和實施，因為維護工作是定期進行的，所以可以預先制定維護計劃，并按計劃進行工作，有助于避免由于突發故障等情況導致的緊急維護。此外，這種策略的操作相對簡單，不需要復雜的技術知識和設備狀態監測，只需依據固定的時間間隔或設備使用情況定期進行維護。然而，該策略的缺點也非常明顯。首先，無法進行針對性維護，因為通常不會考慮設備的實際運行狀態，導致維護過度或忽視維護等問題。其次，該策略的資源利用率相對較低，可能會在設備尚未出現問題時就進行維護，導致維護資源和時間的浪費，并可能提前降低設備的使用壽命[4]。最后，可能會忽視臨時出現的問題，如果設備在2次維護期間都出現故障，則可能無法及時發現和處理。

4 創新檢修策略的應用

4.1 基于數據分析的預測性維護策略

基于數據分析的預測性維護策略是一種創新的檢修策略，這種策略利用現代數據分析技術，對設備運行數據進行深度分析，以預測設備可能出現故障的時間，從而進行預先的維護，防止故障的發生。這種策略的關鍵在于數據的收集和分析。一方面，需要對設備運行中的各種數據進行實時監測和收集，包括設備的工作參數、環境參數、設備狀態信息等。另一方面，將這些數據通過高級數據分析技術進行處理和分析，如大數據分析、機器學習、深度學習等，以建立設備故障預測模型。這個模型可以根據當前的設備數據預測設備在未來的運行狀態，如果預測到可能出現的故障，就可以提前進行維護，從而避免故障的發生。

4.2 基于數據分析的預測性策略的實施步驟

在電力系統繼電保護二次回路的檢修中，基于數據分析的預測性維護策略被認為是一種有效的、創新的檢修策略，其實施步驟如圖2 所示。

圖2 基于數據分析的預測性策略的實施步驟

首先，這種策略的實施需要對繼電保護二次回路的運行參數、設備狀態信息、環境參數等進行實時監測和數據收集，確保收集的數據全面、準確，這是該策略的基礎。其次，對收集到的大量數據進行深度清洗，排除噪聲和無關數據，以保證后續數據分析的質量。最后，借助現代技術如大數據分析等工具，對清洗后的數據進行深入的分析和挖掘，通過對設備運行數據的分析，揭示設備運行中的隱藏規律，并據此建立預測模型。有了預測模型，就可以根據實時監測的設備狀態數據，預測設備在未來一段時間內的運行狀態，及時發現可能發生的故障，并提前進行預測性維護，防止故障的發生，保障設備的穩定運行[5]。當然，這個過程是持續的，需要對預測性維護的效果進行定期評估，對預測模型和維護策略進行不斷優化，使其更好地適應設備的運行狀態，提升維護效果。

通過這種基于數據分析的預測性維護策略，實現對設備故障的預防，而非事后的修復，提高設備的運行效率，降低檢修成本，具有很好的應用前景。

4.3 基于數據分析的預測性策略的效果分析

基于數據分析的預測結果如表1 所示，由其中的數據可知，基于數據分析的預測性策略在電力系統繼電保護二次回路檢修中的應用取得了較好的應用效果。這種策略通過收集和分析大量運行數據，有效預測了各類繼電保護設備可能發生的故障類型，以及故障發生時電流和電壓的變化情況。

表1 基于數據分析的預測結果

首先，從預測故障類型來看，基于數據分析的預測性策略準確地預測了4 種繼電保護設備的故障類型，如交流繼電器的瞬時過電流故障、過電壓繼電器的電壓過高故障等。這種預測對于提前預防故障的發生，以及對故障快速定位和處理具有極大的幫助。

其次，從電流和電壓的變化來看，基于數據分析的預測性策略對電流和電壓的變化有著較高的預測準確度。例如，對于交流繼電器而言，預測的電流變化為+15%，實際的電流變化為+17%；預測的電壓變化為-2%，實際的電壓變化為-1.5%。這些精準的預測數據可以幫助及時發現和處理潛在的問題，從而保證電力系統的穩定運行。

最后，從預測準確度來看，基于數據分析的預測性策略表現出較高的準確度。在4 種繼電保護設備中，最高的預測準確度達到了100%，最低的也有80%，平均預測準確度達到了88.75%。這表明，基于數據分析的預測性策略具有很高的可信度，是一種非常有效的繼電保護二次回路檢修策略。

5 結 論

在電力系統的穩定運行中，繼電保護二次回路發揮著至關重要的作用。本研究對二次回路的架構、功能、常見問題及其故障原因進行了深入分析，并針對現行的檢修策略進行全面的概述及優缺點比較。在此基礎上，進一步引入基于數據分析的預測性維護策略，并通過詳盡的實施步驟和實際數據驗證了其效果。結果顯示，該策略能夠有效預測故障類型和電流、電壓的變化，從而顯著提升檢修的效率和準確度，為電力系統的穩定運行提供保障。