繼電保護用開關電源的故障分析及改進

蘇文哲

廣東電網(wǎng)汕尾供電局，廣東汕尾 516600

1 研究繼電保護裝置的必要性

隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的繼電保護裝置也在不斷的發(fā)展，尤其是對于其可靠性的研究則越發(fā)重視。繼電保護裝置是保護電力系統(tǒng)安全、正常、可靠運行的重要裝置，如果繼電保護裝置發(fā)生故障，將會直接影響電網(wǎng)的安全可靠性，許多大型停電事故都是由于連鎖故障造成的，尤其是繼電保護裝置故障引發(fā)的電網(wǎng)故障所占比例較高。國外大型停電事故，如2003年的英國倫敦大停電、2003年8月美國、加拿大停電事故；國內停電事故，如2007年國家電網(wǎng)公司的繼電保護裝置故障。據(jù)統(tǒng)計大約有75%的大型停電事故與繼電保護操作不當有關，這表明繼電保護系統(tǒng)故障所造成的危害不能小視。

繼電保護用開關電源是主要功能模塊，在確保輸出電壓穩(wěn)定的前提下，利用現(xiàn)代電力電子技術用來掌控繼電保護用開關的時間問題。因此，要保持繼電保護用開關電源性能良好，這樣才能進一步提高機電保護裝置的安全可靠。繼電保護用開關電源是主要功能模塊，在確保輸出電壓穩(wěn)定的前提下，利用現(xiàn)代電力電子技術用來掌控繼電保護用開關的時間問題。因此，要保持繼電保護用開關電源性能良好，這樣才能進一步提高機電保護裝置的安全可靠。

2 繼電保護隱蔽故障

根據(jù)許多資料表明，繼電保護的隱蔽故障是許多大型停電事故的罪魁禍首。隱蔽故障在系統(tǒng)正常運行時并不會對其造成影響，但當系統(tǒng)某些部分發(fā)生改變時，故障就會一觸即發(fā)，導致更加嚴重的后果。隱蔽故障主要就是因其隱蔽性，不容易被發(fā)現(xiàn)，因此故障發(fā)生時不能及時阻止。即使繼電器正確排除故障，但隱蔽故障就像一顆定時炸彈一樣，往往就會導致保護系統(tǒng)誤動作，從而釀成大型事故。

3 開關電源工作原理

開關電源主要是使用半導體功率器作為開關，使電源形態(tài)發(fā)生改變，同時保持其穩(wěn)定輸出，采用閉環(huán)控制，并具有保護環(huán)節(jié)的模塊。開關電源的主要工作原理是將高壓交流電通過整流和調制的方式，轉變成適合繼電保護裝置的低壓直流電。壓交流電的具體變換順序是：通過濾波、整流、降壓等一系列措施，從高壓交流電——高壓直流電——高壓脈動直流——轉變最終適用的低壓直流電。

4 故障現(xiàn)象分析

設計繼電保護用開關電源要考慮到許多因素，如時序和保護，這樣才能滿足其多功能要求。設計時需要承擔故障風險，再加之其需要的工作條件較為苛刻，影響繼電保護用開關電源正常、安全的運行，因此繼電保護用開關電源因設計缺陷造成的故障屢見不鮮。

4.1 輸入電源波動，開關電源停止工作

4.1.1 故障表現(xiàn)

故障具體表現(xiàn)可以通過輸入電壓和輸出電壓的變化來觀察。輸入電壓在產(chǎn)生瞬時故障時恢復正常后，繼電保護開關電源會停止工作，輸出電壓卻一直未見，而且不能自動斷電。由繼電保護試驗儀控制并記錄輸入電壓和輸出電壓的一系列變化，并控制輸入電壓中斷的時間。可通過便攜式波形記錄儀進行記錄。在繼電保護試驗儀控制輸入電壓中斷的時間長短中，我們可以發(fā)現(xiàn)：輸入電源恢復正常的時間共耗費了100ms～200ms左右，開關電源并沒有跟輸入電壓一起恢復正常；在輸入電壓中斷約250ms以后恢復，但輸出電壓+5V、+24V卻消失；輸入電壓短暫中斷70ms以內會恢復正常，而+5V、+24V輸入電壓并未消失，而且沒有影響開關電源的正常工作。

4.1.2 故障分析

開關電源的正常啟動邏輯和輸出電壓保護邏輯是故障表現(xiàn)的直接原因。故障發(fā)生后，往往是由于此開關電源出現(xiàn)輸出電壓欠壓保護邏輯。開關電源的邏輯混亂造成了故障的發(fā)生，因此就要更改邏輯。電源欠壓保護的誤動作是由于輸入電壓快速通斷造成的，這種誤動作主要是延時電路沒有按時復位，忽略了電壓的變化，使得通電時的假欠壓信號未能及時屏蔽。

4.1.3 解決措施

解決故障要根據(jù)輸入電壓的變化來采取措施。在保護環(huán)節(jié)增加輸入電壓和電子開關，起到檢測和閉合的作用。根據(jù)開關閉合后的輸入電壓情況判定，輸入電壓數(shù)值升到定值后，那么延時電路開始重新延時，這樣在重新啟動時的假欠壓信號就可以順利屏蔽，這樣也可以徹底解決故障。

4.2 啟動電流過大，導致電源承載過大

4.2.1 故障表現(xiàn)

根據(jù)電源模塊的正常工作狀況看，故障下的輸入電流很容易“不夠正常”，隨著輸入電壓的逐漸增大而迅速“膨脹”，導致電源承載電流過大。

4.2.2 故障分析

根據(jù)故障的表現(xiàn)，可以看出輸入電流的電流激增是一種必然，從而導致電源過載。在電源啟動時，輸出回路的功率會猛增，許多設計就沒有充分考慮大功率問題，因此在啟動時的電壓和猛增的功率形成鮮明對比，并且瞬態(tài)電流猛增，導致電源過載。

4.2.3 解決措施

在設計中要充分考慮到功率問題，以更好的配合開關電源的工作。開關電源啟動時功率要保持一定的值，如果要減少啟動時的電流值，也可以增加啟動電壓的值。增加啟動電壓之后，可以發(fā)現(xiàn)啟動電流的值會有所減少，亦不會對電源造成沖擊。

5 結論

由此可見，開關電源在設計時要注意各種細節(jié)和各個環(huán)節(jié)，要注意電能變換、輸出電壓和電源的保護功能，這些都是開關電源中的重要環(huán)節(jié)，緊密相連。正所謂“牽一發(fā)而動全身“，某一個環(huán)節(jié)出了差錯，開關電源的工作就會受到影響。在設計之前要充分考慮到電源啟動功率和啟動電壓問題，在功率一定的情況下，提高啟動電壓，這樣就可以避免電流徒增。由于電力系統(tǒng)的供電范圍越發(fā)廣泛，對于繼電保護裝置的可靠性研究必須要日益重視起來。

[1]沈曉凡，舒治淮，劉軍，等.2007年國家電網(wǎng)公司繼電保護裝置運行情況[J].電網(wǎng)技術，2008，32(16)：9-12.

[2]徐敏銳，吳在軍.繼電保護用開關電源的設計[J].江蘇電機工程，2004(6).

[3]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[4]回寶成，郭世明.單片開關電源原理及應用[J].電源技術應用，2001(9)：57，60.