電力系統繼電保護與故障檢測新方法芻議

蔡新洪

[摘要]隨著人們生活生產對電力需求的持續增加，電力系統已然成為如今社會的核心元素，安全問題是電力系統中的首要內容，電力保護裝置是保障電力安全的主要方式，然而在電力系統不斷升級改造的環境下，繼電保護出現了眾多故障，有著諸多安全威脅，文章剖析了繼電保護動作中顯現的不同故障，并探求了故障檢測的新方式。

[關鍵詞]電力系統 繼電保護 故障檢測

一、引言

電力系統規模隨著人類需求持續增大，當前全國有將近2萬個節點，每一節點為相應發電廠或變電站。如此龐大的系統，運行質量增強及其安全穩定性的提升成為關鍵，繼電保護便是電力系統的安全保證。電力系統易發故障，其中最為普遍的是單相短路故障，其他的有兩相短路、三相短路、短路和過負荷、過電壓等。繼電保護的裝置與檢測系統可以判定故障類別，繼而向運行職工發出警告或自動切除故障，有效地保護電力設備，繼而避免因某處障礙干擾其他線路正常可靠的運行，因此為電力系統供電的持續性提供了有效保障。

二、繼電保護系統常見故障

（一）設備的故障

電力系統運行中，繼電保護是個要求詳盡精致的工作，對其裝備有較為嚴格的條件，其設備問題常常表現在構件的質量上，在工作原理方面，繼電保護系統基本不會出現太大問題。在電力系統的運維中，任何繼電保護系統對其故障的檢測措施相同，但不同電力系統的工作負荷是不同的，繼電保護的設備有不同的電流電壓負荷需求，因此，裝配繼電保護的裝備需對電力系統的工作負荷及其工作強度予以首要探究，選取適宜的繼保設施，并使得繼電保護的任一場合均達到實際電力系統的標準。在任何部位的構件顯現問題，都會影響繼電保護裝置的數據檢測準確率，致使系統無法正常運轉。繼電保護若產生設備問題，能致使繼電保護的動作失控，嚴重地有拒動、誤動等現象發生，干擾電力系統正常作業及其穩定性。

（二）開關設備故障

繼電保護系統中開關設備故障起因是和電力系統的不匹配，首先，采用何種繼保裝置需要依據基于電力系統工作強度的科學規定而擇取，但在電力系統初選繼電保護裝備時，通常是與工作負荷相匹配的，然而隨著繼電保護系統持續增長使用時間或電力系統工作強度的不斷增大，繼電保護裝置需隨之適時校正更新，否則出現裝置老化或超負荷的問題，易使其開關存在負荷密集的弊端。因開關設備不符合實際運行情況，引起其開關設備穩定準確性不斷下降，導致電力系統非正常運行，且不能及時排查消除故障，嚴重地會引致電力事故的出現。

（三）電流互感飽和故障

電力系統在運行中會伴隨繼電保護終端負荷的持續加大，對于可能產生短路線路的電流不斷增多，則繼電保護裝置受電流互感器飽和的作用不斷增強，若短路位置接近電力系統終端設備，由于短路電流是電流互感器單次規定電流的lOO多倍，且電流互感器誤差正比于短路電流，因此，繼電保護系統在故障檢測時，其阻止命令會因電流過大引起靈敏度下降。也就是說，即使電力系統運行時產生故障，繼保系統也無法及時判定并做出阻斷工作，這將電力系統的危險性明顯提高。同時，繼電保護的定時限制經由電流裝置會因短路電流出現故障，該裝置在拒動時的限制電流幾乎為零，此時電力系統仍可運行，然而繼電保護系統的故障檢測不能正常工作降低了安全保障。

（四）繼電器觸點故障

該故障常體現于觸點磨損、觸點焊接、觸點電阻快速增加與金屬電積等現象，極大程度地降低了繼電器接觸可靠性，致使整個電力系統不能安全運行。對于繼電器觸電故障排查消除，在不息的探索中，探討了多種方法，如定時檢查、更新觸點材料，根據負荷值嚴格控制經流電流，定級檢測觸電磨損度，確保觸電正常工作，即為保障繼電保護系統正常作業，從而保護電力系統正常安全運行。

三、故障檢測的常用方式

（一）空間電磁場探測

電力系統呈現單項短路的故障后，短路點前支路和后支路的零序電流、零序電壓有著極大的差異，使得周圍電場和磁場分布也有差別，所以能夠通過零序電場和磁場判斷故障點的位置，其判定依據為以下幾點。

（1）小電流接地系統穩定性。將lOkV線路作為典型實例，對5條支路實行故障點試驗，第一步明確正常支路參數，接著將待測故障線路與之對比并分析，最后記錄故障線路零序的電壓、電流等數據。無故障線路的容性電流需超前電壓90°，零序功率是負值；而存在故障的線路，短路位置前的零序電壓落后電流90°，短路后相反，為零序電壓超前電流90°，且功率是正值。通過該實驗即可判斷故障點的位置，進而為電力系統可及時將故障排查消除、保證系統的穩定安全運行奠定了可靠基礎。

（2）配電線路磁場與電場的分布。電力系統任一線路一旦出現障礙情況，便導致其周圍磁場產生變化，若不考慮互感條件，能夠探測輸配電網中的各個接地點，從而獲取其磁場分布，檢測信號采用五次諧波電流，因而確定該系統中的故障點。

（二）識別故障支路和故障接地相

在顯現小電流接地故障后，會產生一段較為顯著的暫態過程，根據數學模型得知該時段內的電壓或電流波形，測出電流畸變量，進而將該點處的電壓或電流信號做小波變換分析，進而獲得頻譜圖像；最終解析電流及故障頻帶的特征值，進而在避免干擾電力系統運行的同時，判定故障點及故障線路。然而，小波變化存在局限性，在實際應用中，可將神經網絡、蟻群算法等與之相結合，提高故障檢測的高效及精確性，因而可精準地判定故障類型。

（三）建立健全裝置管理與檢測體系

設置科學且合理的故障管理體系，可以保證系統故障的及時排查消除，同時供電的持續時間得以延長。在繼電器保護的精度達到要求的條件下，完善繼電保護和故障檢測系統，對整個系統施展保護功能有鮮明的積極作用。另一方面，詳細記錄并保存電力系統各項操作，能夠為繼電保護的故障排查消除工作提供有利的參考價值。因此，建立健全該系統每項管理與維護制度，詳細分析、判斷各階段運行情況，能夠顯著增強繼電保護效果。endprint

四、綜合故障分析系統

（一）系統功能

綜合故障分析系統可提供精準的故障信息與位置給調度和繼保人員，便于系統的迅速恢復，同時向技術操作人員給予完備的電壓、電流情況，得以保護電力系統各縣設施設備。該系統能夠將保護設備和故障錄波設備設定同步，以此獲取準確數據并傳遞給監控設備，經由智能化的分析，完成數據的安全傳輸。為保障測距精確度，常采取雙端故障測距的方式，存在數據交換的接口，以使數據保持安全且靈活的特性。繼電保護裝置檢查標準：屏箱柜盤等裝配上的各項電器、信號和儀表等元器件能保證完整和齊全，并確保安設端正；二次電力設備能夠達到安全可靠的接地標準與要求；裝置與其周圍地面能達到干凈、整潔且無雜物的要求；各電氣設備在其運轉的任何時間禁止將繼電保護解除。

（二）繼電保護與檢測方法

（1）故障檢測及繼電保護網格化。電力系統各項重要電力設施可以采取差動保護的措施，使用主站將數據進行同一處理，依據從繼保裝備獲取的電壓或電流信息，對故障的位置和類型進行實時測量，最終匯總此測量數據發送至保護裝置，使其憑借數據發放指令，以便迅速、準確地將故障設備排除，確保電力系統的安全。

（2）繼電保護和檢測自動控制。自適應保護能夠實現動態檢測，且依據其故障類型，自動地設置系統所需的保護數值，因而能夠提高系統性能，滿足運行標準和要求，在改善線路和變壓器的保護上，有極大的幫助作用。

（3）應用各種智能算法。當前勇于檢測極為普遍的智能算法為人工神經網絡，還包括多種高級算法，比如遺傳算法和BCC算法等。這些算法能夠自主組織和自主學習，儲存并處理部分數據信息。通過多年研究和發展，將人工智能算法運用與于繼保系統中，已能完成自動識別保護方向、自動處理故障信息等功能，對繼電保護、檢測職員來說，減輕了許多負擔。智能算法雖然在此項領域中仍處在研究階段，但其發展前景是極具光明和遠大意義的。

五、結語

綜上所述，在電力系統正常運維過程中，繼電保護是緊要環節，對故障信息快速解析排查、消除的應用及開發是繼保系統的核心內容。繼電保護可準確剖析電力系統發生的故障，并為此提出及時排查消除和處理措施，以使電力系統可在安全可靠的環境下正常工作運行。只有將繼保系統自身存在的故障與問題快速、有效地消除，保障其設備能夠正常工作，方可發揮裝備的保護作用，提高電網穩定性，增強電力系統的可靠性。endprint