電廠繼電保護(hù)的故障診斷與對(duì)策

王大元

（國(guó)華（江蘇）風(fēng)電有限公司，江蘇 東臺(tái) 224200）

0 引 言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天，社會(huì)電力需求持續(xù)增加，逐步成為日常生活和生產(chǎn)中必不可少的能源。電廠作為向社會(huì)大眾輸送電能的重要場(chǎng)所，直接關(guān)系供電的穩(wěn)定性與安全性。其中，繼電保護(hù)是電廠確保電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性的重要舉措，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題就容易影響對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)功能，進(jìn)而影響供電可靠性[1]。因此，如何有效處理繼電保護(hù)故障問(wèn)題是電廠的一項(xiàng)重要工作。

1 電廠繼電保護(hù)裝置的工作機(jī)理及價(jià)值

繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中扮演著非常重要的角色，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)區(qū)域故障問(wèn)題，那么該區(qū)域中設(shè)置的繼電保護(hù)裝置將會(huì)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)作元件的狀態(tài)及中間節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)決定開(kāi)關(guān)量的變化，自動(dòng)化定位與隔離故障區(qū)域，避免電力故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，最大程度降低故障問(wèn)題的影響程度。其具體的工作機(jī)理如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置動(dòng)作機(jī)理示意圖

基于繼電保護(hù)裝置的繼電保護(hù)系統(tǒng)本身還兼有安全隱患警示功能。一旦某區(qū)域出現(xiàn)運(yùn)行工況問(wèn)題，那么繼電保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)快速進(jìn)行預(yù)警，發(fā)出警告信息，通知電廠的運(yùn)維管理班組人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排查、診斷、定位以及處理，可以最大程度降低電廠因?yàn)槔^電保護(hù)故障可能帶來(lái)的損失。然而，在電廠中設(shè)置的繼電保護(hù)系統(tǒng)容易在實(shí)際的運(yùn)行中出現(xiàn)運(yùn)行干擾故障、接地故障以及CT飽和故障等一些故障問(wèn)題。一旦沒(méi)有采取有效的故障診斷及處理措施，那么就會(huì)使繼電保護(hù)系統(tǒng)喪失各項(xiàng)功能，進(jìn)而會(huì)危及電廠供電系統(tǒng)的可靠與安全運(yùn)行。從這個(gè)角度來(lái)講，加強(qiáng)繼電保護(hù)故障診斷及處理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 電廠繼電保護(hù)的常見(jiàn)故障

2.1 內(nèi)部故障

內(nèi)部故障是電廠繼電保護(hù)裝置（系統(tǒng)）運(yùn)行中比較常見(jiàn)的故障。這是因?yàn)殡姀S的繼電保護(hù)裝置本身是由眾多類(lèi)型電氣元器件所構(gòu)成的一個(gè)復(fù)合型和綜合型的保護(hù)器件，其內(nèi)部構(gòu)成簡(jiǎn)圖如圖1所示。復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及相互連接的電元器件增加了繼電保護(hù)裝置本身運(yùn)維管理工作的難度，也增加了其出現(xiàn)運(yùn)行故障的概率。在日常使用過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置不可避免會(huì)受到人為意外損壞或者各種元器件老化等問(wèn)題的影響進(jìn)而使繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)運(yùn)行故障。一旦繼電保護(hù)裝置的元器件出現(xiàn)運(yùn)行故障，那么整個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)失去其本身的保護(hù)功能，這種類(lèi)型的故障實(shí)際上就是繼電保護(hù)內(nèi)部故障。

圖2 電廠繼電保護(hù)裝置內(nèi)部構(gòu)成簡(jiǎn)圖

2.2 外部故障

電廠繼電保護(hù)外部故障類(lèi)型相對(duì)較多，誘因也各不相同，具體主要包括如下幾種類(lèi)型。

2.2.1 TA飽和故障

在電廠的電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，如果系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，那么系統(tǒng)中會(huì)生成非循環(huán)電流，這會(huì)加速TA飽和，進(jìn)而會(huì)影響次級(jí)側(cè)的電流靈敏度，影響繼電保護(hù)裝置采樣及動(dòng)作的敏感性，甚至?xí)斐删軇?dòng)或延緩動(dòng)作等問(wèn)題。

2.2.2 干擾故障

鑒于電廠的繼電保護(hù)裝置本身的保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)需要依賴(lài)于觸發(fā)信號(hào)，但是如果實(shí)際運(yùn)行中存在其他可能會(huì)對(duì)保護(hù)動(dòng)作的觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生干擾的無(wú)關(guān)信號(hào)，那么勢(shì)必會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置的保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行造成干擾，使其無(wú)法及時(shí)發(fā)出警報(bào)和切斷故障區(qū)域線路。此外，錯(cuò)誤干擾信號(hào)可能會(huì)使繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)，從而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。

2.2.3 接地故障

接地故障常常會(huì)表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)接地故障。發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子在正常運(yùn)行中發(fā)出接地故障警告信號(hào)時(shí)，在停機(jī)檢查階段發(fā)現(xiàn)電路絕緣性很強(qiáng)，同時(shí)在電阻箱進(jìn)行接地保護(hù)后需檢查轉(zhuǎn)子接地保護(hù)器是否可以保持工作狀況，是否可以正常運(yùn)行。另一方面，單相接地故障。該故障主要表現(xiàn)為電氣量發(fā)生顯著改變，可以借助磁場(chǎng)與零序電場(chǎng)來(lái)確定故障所在位置。

3 電廠繼電保護(hù)故障的常用診斷方法

3.1 分析法

分析法主要用于繼電保護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生重合閘故障問(wèn)題時(shí)。在應(yīng)用分析法診斷繼電保護(hù)故障期間，故障診斷人員需要仔細(xì)分析各個(gè)繼電保護(hù)系統(tǒng)部分的相應(yīng)輸入量，將它們與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)照分析。通過(guò)有效比對(duì)這些實(shí)際輸入量和正常標(biāo)準(zhǔn)輸入量，可以精準(zhǔn)快速地確定其中存在異常的輸入量。在此基礎(chǔ)上，可以判斷繼電保護(hù)系統(tǒng)異常輸入量出現(xiàn)的成因，最后針對(duì)性地制定切實(shí)有效的故障處理措施來(lái)解決相應(yīng)的故障。

3.2 電位變化法

因?yàn)樵诶^電保護(hù)系統(tǒng)中的二次回路上，電流、電壓以及點(diǎn)位等相關(guān)參數(shù)一直處于動(dòng)態(tài)的變化狀態(tài)，所以故障診斷人員在診斷與分析繼電保護(hù)故障問(wèn)題期間，必須要采取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的手段與路徑來(lái)確定故障點(diǎn)及其所在位置。這種故障診斷方法是電位變化法處理故障的基本思路。在實(shí)際的繼電保護(hù)故障診斷分析實(shí)踐中，基于電位變化法的應(yīng)用可以通過(guò)逐步診斷與排查的方式來(lái)縮小故障范圍，直至最終確定故障所在位置。

3.3 經(jīng)驗(yàn)判斷法

該種故障診斷方法應(yīng)用于診斷電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)中的故障時(shí)，需要依靠診斷人員自身的診斷經(jīng)驗(yàn)與能力。因此，診斷人員需要擁有較高的故障診斷專(zhuān)業(yè)能力，可以全面且準(zhǔn)確地了解和掌握繼電保護(hù)系統(tǒng)的具體工作機(jī)理，同時(shí)還要保證他們積累了豐富的繼電保護(hù)故障診斷經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。在將經(jīng)驗(yàn)判斷法應(yīng)用于實(shí)際繼電保護(hù)故障診斷中時(shí)，有關(guān)故障診斷方法需要全面考慮各個(gè)相關(guān)繼電設(shè)備的具體運(yùn)行工況，并在此基礎(chǔ)上逐步判斷故障的類(lèi)型、故障的具體位置以及故障的成因。但由于經(jīng)驗(yàn)判斷法在診斷繼電保護(hù)故障時(shí)融入了故障診斷人員的主觀意識(shí)，使得實(shí)際的故障診斷結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況。因此，必須要注意切實(shí)提升故障診斷人員的綜合故障診斷能力，以降低主觀判斷失誤問(wèn)題的發(fā)生概率。

4 電廠繼電保護(hù)故障的有效處理對(duì)策

4.1 內(nèi)部故障處理對(duì)策

電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部元器件出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)對(duì)其功能正常發(fā)揮帶來(lái)不利影響。為有效處理這類(lèi)故障，要應(yīng)用定期檢查和校驗(yàn)的方式，具體策略及要點(diǎn)如下。

4.1.1 定期巡檢和檢查繼電保護(hù)裝置

具體包括電氣元件完整性檢查、電氣開(kāi)關(guān)與指示燈狀態(tài)顯示正常性檢查以及電氣設(shè)備位置準(zhǔn)確性排查等。期間如果發(fā)現(xiàn)各類(lèi)繼電保護(hù)裝置存在冒煙、發(fā)熱或者其他異常情況時(shí)，需要及時(shí)處理這些繼電保護(hù)設(shè)備及元件的故障，必要時(shí)可以進(jìn)行更換。

4.1.2 定期校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置性能

保證其運(yùn)行靈敏性滿足使用要求，并要持續(xù)保持良好運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。一旦繼電保護(hù)設(shè)備本身運(yùn)行時(shí)間超過(guò)了1年，那么需要系統(tǒng)性排查和校驗(yàn)保護(hù)線路與設(shè)備，如開(kāi)展兩相試驗(yàn)，檢測(cè)保護(hù)裝置性能等是否滿足規(guī)定要求，進(jìn)行仔細(xì)的校核，必要時(shí)需維修或更換繼電保護(hù)設(shè)備及配套元器件。

4.2 外部故障處理對(duì)策

為了有效處理干擾、CT飽和以及接地等外部故障，一般需要立足電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性，采取恰當(dāng)手段來(lái)有效處理這些外部故障，具體的要點(diǎn)如下。

4.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

針對(duì)CT飽和故障，可以通過(guò)對(duì)電流互感器設(shè)定變化數(shù)值，減小其負(fù)荷量或回路受阻面積，也可以應(yīng)用具有監(jiān)控與保護(hù)作用的新型設(shè)備來(lái)預(yù)防CT飽和故障。此外，還要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)合理調(diào)整電流互感器的分布格局。

4.2.2 有效處理電磁干擾故障

解決電磁干擾故障最為有效的解決措施是減低電氣設(shè)備實(shí)際接地電阻，或?qū)㈦娙萁尤敫哳l電纜中有效抑制電磁干擾[3]。此外，因?yàn)槿藶椴灰?guī)范操作也可能會(huì)造成繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)情況，所以在處理電磁干擾故障期間盡量由具有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的人員負(fù)責(zé)，避免出現(xiàn)人為錯(cuò)誤操作的問(wèn)題。

4.2.3 仔細(xì)檢查轉(zhuǎn)子磁極外接情況

仔細(xì)檢查轉(zhuǎn)子磁極外接情況，及時(shí)解決存在的連接松動(dòng)問(wèn)題，快速確定直流接地故障所在位置后加以切斷，并逐步排查和解決故障問(wèn)題，力求最大程度提升外部故障處理效率，切斷整個(gè)電路時(shí)間要控制在3 s內(nèi)。但如果檢測(cè)工作位于潮濕環(huán)境，那么在故障排查期間要斷開(kāi)室內(nèi)控制電路供電源開(kāi)關(guān)，有利于更容易地排查接地回路。

5 結(jié) 論

繼電保護(hù)故障是影響電廠供電可靠性與安全性的一個(gè)重要故障問(wèn)題，相應(yīng)的故障類(lèi)型眾多，誘因也比較多。在實(shí)際的故障診斷中，可以靈活應(yīng)用分析法、經(jīng)驗(yàn)判斷法以及電位變化法等。采取有效處理策略解決內(nèi)外故障，可以保證全面提升繼電保護(hù)故障的解決效果。