電廠繼電保護的故障診斷與對策

王大元

（國華（江蘇）風電有限公司，江蘇 東臺 224200）

0 引 言

在社會經濟迅猛發展的今天，社會電力需求持續增加，逐步成為日常生活和生產中必不可少的能源。電廠作為向社會大眾輸送電能的重要場所，直接關系供電的穩定性與安全性。其中，繼電保護是電廠確保電力系統運行可靠性與穩定性的重要舉措，一旦出現故障問題就容易影響對電力系統的保護功能，進而影響供電可靠性[1]。因此，如何有效處理繼電保護故障問題是電廠的一項重要工作。

1 電廠繼電保護裝置的工作機理及價值

繼電保護在電力系統運行中扮演著非常重要的角色，一旦電力系統出現區域故障問題，那么該區域中設置的繼電保護裝置將會通過實時檢測動作元件的狀態及中間節點的狀態來決定開關量的變化，自動化定位與隔離故障區域，避免電力故障的進一步擴大，最大程度降低故障問題的影響程度。其具體的工作機理如圖1所示。

圖1 繼電保護裝置動作機理示意圖

基于繼電保護裝置的繼電保護系統本身還兼有安全隱患警示功能。一旦某區域出現運行工況問題，那么繼電保護系統就會快速進行預警，發出警告信息，通知電廠的運維管理班組人員及時對故障進行排查、診斷、定位以及處理，可以最大程度降低電廠因為繼電保護故障可能帶來的損失。然而，在電廠中設置的繼電保護系統容易在實際的運行中出現運行干擾故障、接地故障以及CT飽和故障等一些故障問題。一旦沒有采取有效的故障診斷及處理措施，那么就會使繼電保護系統喪失各項功能，進而會危及電廠供電系統的可靠與安全運行。從這個角度來講，加強繼電保護故障診斷及處理具有重要的現實意義。

2 電廠繼電保護的常見故障

2.1 內部故障

內部故障是電廠繼電保護裝置（系統）運行中比較常見的故障。這是因為電廠的繼電保護裝置本身是由眾多類型電氣元器件所構成的一個復合型和綜合型的保護器件，其內部構成簡圖如圖1所示。復雜的內部結構以及相互連接的電元器件增加了繼電保護裝置本身運維管理工作的難度，也增加了其出現運行故障的概率。在日常使用過程中，繼電保護裝置不可避免會受到人為意外損壞或者各種元器件老化等問題的影響進而使繼電保護裝置出現運行故障。一旦繼電保護裝置的元器件出現運行故障，那么整個繼電保護系統就會失去其本身的保護功能，這種類型的故障實際上就是繼電保護內部故障。

圖2 電廠繼電保護裝置內部構成簡圖

2.2 外部故障

電廠繼電保護外部故障類型相對較多，誘因也各不相同，具體主要包括如下幾種類型。

2.2.1 TA飽和故障

在電廠的電力系統運行期間，如果系統出現短路故障，那么系統中會生成非循環電流，這會加速TA飽和，進而會影響次級側的電流靈敏度，影響繼電保護裝置采樣及動作的敏感性，甚至會造成拒動或延緩動作等問題。

2.2.2 干擾故障

鑒于電廠的繼電保護裝置本身的保護動作觸發需要依賴于觸發信號，但是如果實際運行中存在其他可能會對保護動作的觸發信號產生干擾的無關信號，那么勢必會對繼電保護裝置的保護動作執行造成干擾，使其無法及時發出警報和切斷故障區域線路。此外，錯誤干擾信號可能會使繼電保護裝置出現誤動，從而影響電力系統的正常運行[2]。

2.2.3 接地故障

接地故障常常會表現在兩個方面。一方面，發電機轉子出現接地故障。發電機組轉子在正常運行中發出接地故障警告信號時，在停機檢查階段發現電路絕緣性很強，同時在電阻箱進行接地保護后需檢查轉子接地保護器是否可以保持工作狀況，是否可以正常運行。另一方面，單相接地故障。該故障主要表現為電氣量發生顯著改變，可以借助磁場與零序電場來確定故障所在位置。

3 電廠繼電保護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系統在運行中發生重合閘故障問題時。在應用分析法診斷繼電保護故障期間，故障診斷人員需要仔細分析各個繼電保護系統部分的相應輸入量，將它們與標準值進行對照分析。通過有效比對這些實際輸入量和正常標準輸入量，可以精準快速地確定其中存在異常的輸入量。在此基礎上，可以判斷繼電保護系統異常輸入量出現的成因，最后針對性地制定切實有效的故障處理措施來解決相應的故障。

3.2 電位變化法

因為在繼電保護系統中的二次回路上，電流、電壓以及點位等相關參數一直處于動態的變化狀態，所以故障診斷人員在診斷與分析繼電保護故障問題期間，必須要采取實時監測的手段與路徑來確定故障點及其所在位置。這種故障診斷方法是電位變化法處理故障的基本思路。在實際的繼電保護故障診斷分析實踐中，基于電位變化法的應用可以通過逐步診斷與排查的方式來縮小故障范圍，直至最終確定故障所在位置。

3.3 經驗判斷法

該種故障診斷方法應用于診斷電廠繼電保護系統中的故障時，需要依靠診斷人員自身的診斷經驗與能力。因此，診斷人員需要擁有較高的故障診斷專業能力，可以全面且準確地了解和掌握繼電保護系統的具體工作機理，同時還要保證他們積累了豐富的繼電保護故障診斷經驗與教訓。在將經驗判斷法應用于實際繼電保護故障診斷中時，有關故障診斷方法需要全面考慮各個相關繼電設備的具體運行工況，并在此基礎上逐步判斷故障的類型、故障的具體位置以及故障的成因。但由于經驗判斷法在診斷繼電保護故障時融入了故障診斷人員的主觀意識，使得實際的故障診斷結果可能會出現不準確的情況。因此，必須要注意切實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題的發生概率。

4 電廠繼電保護故障的有效處理對策

4.1 內部故障處理對策

電廠繼電保護系統內部元器件出現故障問題，會對其功能正常發揮帶來不利影響。為有效處理這類故障，要應用定期檢查和校驗的方式，具體策略及要點如下。

4.1.1 定期巡檢和檢查繼電保護裝置

具體包括電氣元件完整性檢查、電氣開關與指示燈狀態顯示正常性檢查以及電氣設備位置準確性排查等。期間如果發現各類繼電保護裝置存在冒煙、發熱或者其他異常情況時，需要及時處理這些繼電保護設備及元件的故障，必要時可以進行更換。

4.1.2 定期校驗繼電保護裝置性能

保證其運行靈敏性滿足使用要求，并要持續保持良好運行穩定性與安全性。一旦繼電保護設備本身運行時間超過了1年，那么需要系統性排查和校驗保護線路與設備，如開展兩相試驗，檢測保護裝置性能等是否滿足規定要求，進行仔細的校核，必要時需維修或更換繼電保護設備及配套元器件。

4.2 外部故障處理對策

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運行的可靠性與安全性，采取恰當手段來有效處理這些外部故障，具體的要點如下。

4.2.1 實時監測二次設備運行狀態

針對CT飽和故障，可以通過對電流互感器設定變化數值，減小其負荷量或回路受阻面積，也可以應用具有監控與保護作用的新型設備來預防CT飽和故障。此外，還要結合實際情況來合理調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備實際接地電阻，或將電容接入高頻電纜中有效抑制電磁干擾[3]。此外，因為人為不規范操作也可能會造成繼電保護裝置出現誤動或拒動情況，所以在處理電磁干擾故障期間盡量由具有豐富工作經驗的人員負責，避免出現人為錯誤操作的問題。

4.2.3 仔細檢查轉子磁極外接情況

仔細檢查轉子磁極外接情況，及時解決存在的連接松動問題，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題，力求最大程度提升外部故障處理效率，切斷整個電路時間要控制在3 s內。但如果檢測工作位于潮濕環境，那么在故障排查期間要斷開室內控制電路供電源開關，有利于更容易地排查接地回路。

5 結 論

繼電保護故障是影響電廠供電可靠性與安全性的一個重要故障問題，相應的故障類型眾多，誘因也比較多。在實際的故障診斷中，可以靈活應用分析法、經驗判斷法以及電位變化法等。采取有效處理策略解決內外故障，可以保證全面提升繼電保護故障的解決效果。