電力繼電保護裝置及故障診斷

文/謝秋明

1　引言

伴隨著國家經濟及科學技術的不斷發展和進步，電力系統在國民經濟生活中發揮了越來越重要的作用。繼電保護裝置實現對電力系統的保護和故障檢測方法以及裝置自身的故障診斷屬于專業性比較強的工作，這其中涉及到的事項較為復雜，故障診斷與檢測方法是最為復雜的環節，全世界都投入了大量的研究成本，以期能夠有效地降低設備的故障發生率，延長設備的使用年限，提高電力系統的可靠性和穩定性，提高電力企業的經濟效益。本文分析介紹了電力繼電保護和故障診斷的技術原理，同時介紹了電力機電裝置故障檢測方法，希望能促進本項研究的進步。

2　電力繼電保護裝置的功能

2.1　保證電力系統運行安全

當電力系統在運行中有異常狀況發生時，電力繼電保護裝置可以快速精確地發出切斷指令，隔離故障部位，同時發布警報，保證其余設備的正常運轉。該裝置還可以對電力系統的運行狀況進行監測與控制，保障電力系統的安全平穩運轉。

2.2　自動分析電力系統異常狀況并發布指令

當電力系統在運行中有異常狀況發生時，電力繼電保護裝置會自動檢測并且分析發生異常的原因， 快速準確地判定故障出現的部位及故障原因。電力繼電保護裝置一旦發現異常，即發布警報信號，提示工作人員進行故障設備檢修和相關處理。若無人值班，繼電保護裝置會自動發布指令進行調整，選擇性摘除異常的故障設備或者元件，保證電力系統安全平穩地運轉。如果沒有這套裝置，一個小故障可能會產生大損失，嚴重者導致整個電網生產傳輸系統癱瘓。

3　電力繼電保護的故障診斷方法及技術原理

3.1　基于小電流接地系統的故障診斷方法

如果出現了小電流接地系統單相接地的狀況，電壓與電流在接地點的前后向支路和正常的支路都會出現異于正常運行的特點，接地線路附近的電磁場同時產生變化，因此可以利用電磁場是否又變來判斷單相接地故障的故障位置。具體的做法是首先對小電流接地系統進行穩態分析。試驗正常支路和故障支路的故障點探測，得到相應的參數，在對相關參數進行分析，可得出故障狀態下，各支路零序電壓電流及功率的特點。之后對各線路四周的電磁場做仿真探測， 得出三相電壓和零序電壓與電流形成的電磁場有替代性，然后利用得出的諧波電流電壓產生的電磁場探測故障點并進行定位。通過建立數學模型，仿真得出故障時的電流暫態信號。對該信號做小波分解，得出支路正常運行與發生故障時的電流能量時譜， 然后利用該信號的瞬時特征和頻帶特征量，能夠識別判定出故障支路和故障接地相。

3.2　綜合故障分析系統的繼電保護和檢測方法

第一種方法是網絡化。將涉及到的繼電保護裝置進行串聯、縱聯，然后利用主站統一管理，同時將提供了通信方面的支持，如上傳故障數據、處理與通訊等。第二種是人工神經網絡。人工神經網絡的理論基礎是生物神經系統中的神經網絡、遺傳算法及模糊邏輯等技術，人工神經網絡擁有自學習、自適應、自學習以及模式識別的能力、將信息分布存儲并將其進行并行處理等優點， 應用在電力系統繼電保護中能夠迅速判斷出發生故障的類型，確定發生故障的距離，從而對電力系統中的主設備進行保護。 第三種是自適應控制。利用自適應控制繼電保護可以實現電力系統運行狀態的實時監測， 同時根據運行狀態的變化調整自身的保護性能和特性，很大程度上改善了繼電保護裝置的保護性能， 提高了電力系統運行的安全性和可靠性。

4　電力機電裝置的故障診斷與技術

4.1　繼電保護裝置故障診斷

常見的繼電保護裝置故障有干擾問題、定值問題、電源問題、保護性能問題、插件絕緣問題和版本問題。當在保護屏附近使用無線通訊設備時,可能會導致邏輯元件發生誤動作，產生操作干擾。定值問題主要是元器件的老化及損壞、定值發生漂移、溫濕度影響、人為的整定錯誤及整定計算誤差。電源問題主要是電源的操作插件帶有直流電或者直流熔絲配置有問題導致的輸出不穩或者波紋系數超高。保護裝置的布線不宜緊密高集成度, 否則長期運行時，在特定條件下，因靜電作用焊點處聚集塵埃易導致兩個焊點產生導電通道，進而引發事故。版本問題主要是指裝置運行一段時間后的程序漏洞或者質量問題。

4.2　繼電保護故障診斷的檢測方法及技術

對繼電保護裝置的故障進行判斷主要使用的是比與綜合的方法。 對比法主要涉及下面幾個方面：

（1）每次對設備進行試驗時記錄設備信息，然后與上次的記錄結果進行全方位對比 ,如果在某些方面發現數據存在明顯偏差，判定設備存在故障。

（2）同廠家的設備進行數據對比, 在同樣的運轉環境下，同一生產廠家的設備運行參數應大致相同，如果存在大的差異判定設備存在問題。

（3）對同一裝置在各相條件下的運行數據進行對比，如果結果差異很大，超過了規程明確允許的偏差范圍，則設備極可能存在問題。

綜合法是綜合各項參數，做出繼電保護裝置故障的全面分析判定。實踐證明故障的征兆雜亂，無法找到與之對應的直接形成關系，此時單一方法無法解決問題，應該綜合多種方法，進行多角度分析，得出客觀的診斷結論。

5　結論

在電力系統中繼電保護裝置至關重要，實現對電力系統的保護、故障檢測以及控制，研究該裝置實現功能的計數原理及裝置自身故障診斷方法與技術意義重大，希望通過不斷發展和完善繼電保護裝置的性能和功能，提高電力系統的運行安全性和穩定性，使其能更好地服務于社會。