繼電保護二次回路問題引發的故障與防治措施

中國石化南京化學工業有限公司 黃 威

繼電保護是電力系統中的重要組成部分，其主要功能是在發生故障時迅速切除故障區域，保護電力設備的安全運行。而繼電保護二次回路負責傳遞電流和信號，確保繼電保護裝置的可靠性。繼電保護二次回路問題的故障具有一定的復雜性，可能涉及電纜接頭松動、連接器失效、電源供應不穩定等多種因素。這些故障可能導致繼電保護系統誤動作、漏動作或無動作，嚴重影響著電力系統的可靠性和穩定性[1]。

1 繼電保護二次回路引發故障分析

1.1 故障現象及特點

繼電保護二次回路引發的故障可能表現為信號丟失或失真的情況，導致繼電保護裝置無法準確地判斷電力系統的狀態和故障信息。這種信號丟失或失真可能是由于信號傳輸路徑受到干擾或損壞所致。故障現象包括信號弱化、噪聲增加、信號延遲或信號中斷等。當繼電保護裝置無法正確接收或解析信號時，會導致誤動作或漏動作的問題。誤動作指的是在正常情況下誤判為故障并觸發保護動作，而漏動作則是在真實故障發生時未能及時觸發保護動作。此外，二次回路問題還可能導致繼電保護系統的不穩定性，表現為系統運行不可靠，保護裝置動作不一致或頻繁切換等問題。

1.2 故障原因與機制

繼電保護二次回路引發故障的原因和機制是多樣的。其中，電纜接頭松動是造成信號丟失和失真的主要原因之一。當電纜接頭松動時，電流和信號的傳輸會變得不穩定，可能導致信號衰減、干擾或傳輸錯誤。這會對繼電保護裝置的正常運行產生負面影響。另一個常見的故障原因是連接器失效。連接器失效可能導致接觸不良、接線松動或接線斷開等問題，進而導致信號中斷或傳輸錯誤[2]。此外，電源供應不穩定也可能引發繼電保護二次回路的故障。電源供應不穩定會導致電壓波動或電流波動，從而干擾繼電保護裝置的正常工作。

繼電保護二次回路故障的特點是多樣化。故障現象的多樣性使準確定位故障原因變得復雜，需要綜合考慮多種因素。此外，故障原因的多樣性意味著防治措施和解決方案需要具有針對性和全面性。為了解決繼電保護二次回路引發的故障，需要采取綜合的防治措施和解決方案。這些措施包括但不限于定期檢查和維護、設備更換和更新、二次回路布置和連接設計優化等。通過優化設備和材料的選擇、合理設計二次回路的布置和連接，以及調整和校準繼電保護裝置的參數，可以提高二次回路的可靠性和穩定性，降低故障的發生率。此外，制定有針對性的檢修和維護策略，定期檢查和測試二次回路的性能和狀態，也是防治措施中的重要環節。

2 防治措施與解決方案

2.1 設備與材料選擇優化

第一，針對電纜接頭松動導致的故障現象，建議采用高質量的電纜接頭和連接器。應選擇具有良好接觸性能、抗振動和抗振動性能的接頭和連接器。通過合適的預緊力和連接方式，確保接頭的穩定連接，減少松動的可能性。

第二，針對連接器失效問題，建議選擇高品質的連接器，并進行定期的檢查和維護。應采用防塵、防水和耐腐蝕性能優良的連接器，定期進行連接器的緊固和清潔，確保連接器的正常工作。在連接器失效的情況下，及時更換損壞或老化的連接器，避免其對二次回路的穩定性造成影響。

第三，建議選擇高穩定性和可靠性的電源供應設備。優先選擇具有過壓保護、短路保護和穩壓功能的電源供應器。這些設備可以提供穩定的電源輸出，避免電源波動對繼電保護二次回路的影響。

2.2 二次回路布置與連接設計優化

第一，電流互感器需要采用合適的布置方式，減小電流互感器的誤差和干擾。互感器通常采用三相布置方式，即將三個電流互感器均勻地安裝在電力系統的三個相位上。這樣可以獲得準確的相電流測量結果，減小因不同相位間的距離差導致的誤差。對于單相系統，可根據系統需求和安全性考慮，選擇合適的布置方式，如Y 型或△型布置[3]。

第二，針對二次回路的連接設計，建議采用低阻抗和低干擾的連接方式。其中，選取合適的導線截面積和材料非常重要。根據電流大小和傳輸距離，通過合適的截面積選擇，降低線路的電阻和功率損耗。選擇低阻抗的導線材料，可以減小電流回路的阻抗，提高電流傳輸的效率。

第三，針對干擾問題，可以采用屏蔽和隔離措施來減小外界干擾對二次回路的影響。例如，在高干擾環境下，可以使用屏蔽導線或屏蔽管道來減少外界的電磁干擾。合理設計回路的物理布局，避免與其他干擾源（如高電壓線路或強磁場）過近接觸，從源頭減少外界干擾的可能性。

2.3 繼電保護裝置參數調校

為了確保繼電保護裝置的準確性和可靠性，需要對其參數進行調校。繼電保護裝置的參數調整主要涉及靈敏度、動作時間和動作特性等方面。可以根據系統需求和操作要求，適當調整靈敏度的設置值。常用的調整方法包括改變裝置的電流或電壓閾值、調整滯回特性等。電流靈敏度調整公式如下：

其中，Iset是調整后的靈敏度設置值，K是調整系數，Irated是額定電流值。動作時間的調整與校準通常涉及時限和延時等參數。根據系統要求和設備特性，可以通過調整時限或延時值來實現動作時間的控制。常見的調整方法包括改變繼電器的時間定標常數、調整延時元件的參數等。動作時間調整由式（2）給出：

其中，Tact是調整后的動作時間，Tref是參考動作時間，α 是調整系數。在參數調校過程中，需要使用專業的儀器和設備進行測量和校準。表1給出了本研究所使用的繼電保護裝置參數調校數據。

表1 繼電保護裝置參數調校數據

通過對繼電保護裝置的參數進行準確調校，可以確保其在故障發生時能夠準確、及時地進行動作。調整靈敏度和動作時間等參數，使其適應不同的系統需求和操作要求。同時，使用專業的儀器和設備進行測量和校準，保證參數調整的準確性和可靠性。這些措施可以提高繼電保護裝置的性能，并提升系統的安全性和穩定性。

2.4 檢修與維護策略優化

在檢修與維護策略優化中需要收集信息，信息主要分為運行數據和故障記錄兩大類。通過收集和分析運行數據，可以了解系統的運行狀態、設備的工作狀況，以及存在的潛在問題。故障記錄則可以提供有關系統故障的詳細信息，為后續的問題識別和故障風險評估提供參考依據。基于收集到的信息，可以進行相應的數據分析。通過對數據的分析，可以識別出潛在的問題和存在的故障風險[4]。問題識別的過程可以包括故障模式的分析、故障頻率的統計等。故障風險評估則是根據問題識別的結果，對故障的發生概率和影響程度進行評估，以確定優先處理的問題和采取的應對措施。制定針對性的檢修計劃和維護方案是優化檢修與維護策略的下一個關鍵步驟。根據問題識別和故障風險評估的結果，制定具體的檢修計劃，明確檢修的頻率、方法和步驟等。同時，制定定期維護、預防性維護和修復性維護等維護方案，保障設備的可靠運行。實施方案是將制定的檢修與維護策略付諸實踐的過程。通過定期檢查和測試，可以發現潛在問題和異常情況，并及時采取相應的措施進行排除和維修。在方案實施的過程中，根據需要進行設備的更換和更新，提升系統的性能和可靠性。在方案實施后，需要通過監控評估來評估優化的檢修與維護策略的有效性。系統性能的監測可以通過實時數據的采集和分析來進行[5]。對于實施的檢修與維護策略，進行策略有效性評估和維護工作效果評估，以確定所采取的措施是否取得了預期的效果。

3 防治措施效果評估

3.1 故障前后指標對比

為了評估防治措施的有效性，研究進行了檢修與維護策略優化前后指標的對比分析，相關參數設定見表1。通過比較優化前后的關鍵指標，可以了解防治措施對系統性能和故障率的影響程度，優化前后相關指標對比如圖1所示。

圖1 檢修與維護策略優化前后故障情況對比

可以看出，引入防治措施后，故障前后的指標發生了明顯變化。第一，在任一運行時間點，優化后的故障累計時長（ADF）均小于優化前，意味著故障發生的平均時間變少，系統的可靠性提高。第二，相對于優化前，優化后的故障修復時長（FRT）均嚴格小于前者，故障修復時長平均降低了62.9%，表明在故障發生后，系統的恢復速度更快，系統的可用性得到了提高。第三，故障率從0.0065次/h 降低到0.0022次/h，說明故障減少了。

3.2 防治措施效果評估

第一，故障頻率減少。優化檢修與維護策略后，系統的故障頻率明顯減少。通過故障率的比較可見，在優化后，故障比原來減少了2/3，這表明防治措施能夠有效地減少故障的發生。

第二，系統可靠性提高。防治措施的實施使系統的可靠性得到了顯著提高。通過400h 運行時間的故障累計時長（ADF）對比可見，引入防治措施后，系統的ADF 下降，可靠性提高。

第三，故障恢復速度加快。防治措施的實施使系統的故障修復速度加快。故障修復時長（FRT）的對比顯示，在防治措施實施后，系統的平均故障修復時長降低了62.9%，這意味著系統在故障發生后能夠更快地恢復正常運行。

4 結語

本文的研究還存在一些限制。第一，研究所采用的防治措施和評估結果僅基于特定的實驗條件和數據，因此需要進一步在更廣泛的實際場景中驗證和推廣。第二，防治措施的實施需要充分考慮成本、技術可行性和運維要求等因素，確保其實際可行性和可持續性。未來的研究方向包括進一步深入研究二次回路故障的機理和影響因素，探索更有效的防治措施和解決方案，并結合智能化技術和大數據分析等方法，實現繼電保護系統的智能化運維和預測性維護。這將有助于提高繼電保護系統的可靠性、穩定性和安全性，進一步推動電力系統的發展和運行。