繼電保護中的故障檢測與應對策略

張 文

國網寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏 銀川 750001

0 引言

近年來，隨著經濟建設步伐的加快，我國電力系統規模不斷擴大，全國發電裝機容量呈飛躍式發展，從2015年底的15億 kW增長到2020年底的22億kW，年均增長達到7.6%。在此背景下，電力系統安全性和穩定性就變得至關重要。作為電力系統運行的安全保護裝置，繼電保護故障檢測和應對策略成為確保電力系統供電持續性的關鍵作業內容。因此，在繼電保護過程中，如何采取有效措施提高故障檢測質量，并確定科學有效的應對策略，成為繼電保護過程中的重要問題。

1 電力系統繼電保護常見故障

1.1 繼電保護系統中設備的故障

繼電保護系統設備出現故障，往往出現在設備構件上。究其原因，是在繼電保護設備選擇上，沒有充分考慮電力系統的實際工作負荷和工作強度，導致繼電保護設備與電力系統工作負荷不匹配，設備構件質量達不到相關標準要求。設備構件發生質量問題，輕則會對繼電保護故障檢測造成影響，重則會導致繼電保護動作失控，甚至出現拒動或者誤動的安全事故，對電力系統的安全運行造成嚴重影響[1-2]。因此，在繼電保護設備安裝前，要從兩個方面進行確認，一是確認電力系統的電流電壓負荷，二是確認繼電保護設備所對應的電流電壓負荷。并在此基礎上，選擇符合其運行要求的高質量的設備構件

1.2 繼電保護系統中開關的故障

造成開關故障的根本原因是，繼電保護裝置選擇不當，與電力系統不匹配。在繼電保護裝置選擇時，要充分考慮長期使用對設備開關造成的影響。在電力系統運行初期，繼電保護裝置與電力系統的工作負荷是相匹配的，但隨著工作負荷和工作強度的加大，以及繼電保護裝置使用次數的增多，極易造成繼電保護裝置出現老化和超負荷等情況，對繼電保護設備開關帶來負荷密集，使開關出現質量問題，對開關的穩定性和準確性產生影響[3]。

1.3 電流互感飽和故障

隨著電力系統運行時間的增加，繼電保護設備終端承受的負荷持續加大，電力系統可能發生接近臨界值的短路現象，造成電流不斷增強，使電流互感器處于飽和狀態，對繼電保護設備施加的影響不斷增強。當電力系統終端設備發生短路現象時，短路電流就會劇增，達到電流互感器標準電流量的100倍，而電流互感器電流量倍數與電流互感器的誤差成正比，隨著電流的增強，繼電保護系統對故障的阻止命令會出現靈敏度降低的現象。從另一個層面來說，就是電力系統發生故障，而繼電保護設備無法及時發現故障，并發出阻斷命令，但電力系統依然可以運行，從而增加了電力系統運行引發的危險性。

1.4 繼電器觸點故障

繼電器觸點故障的表現形式有觸點焊接、觸點磨損等，對繼電器觸點的穩定性和可靠性帶來影響，進而引發電力系統安全事故的發生。經過多年的實踐和探索，對于繼電器觸點故障，可以靈活采用多種方法有效解決。比如，嚴格選擇觸點材料，并在使用過程中定期檢查和更新；依照所能承受的負荷值，嚴格控制電流；采用定級的方式，對繼電器觸點進行及時檢測，保證繼電器觸點正常運行。

2 繼電保護故障檢測方法

2.1 利用電磁場變化檢測單相短路故障

當電力系統發生單相短路故障時，短路處的電流和電壓會發生一定的變化，與故障前相比，前支路和后支路的零序電壓和零序電流會發生較大的變化，短路處周圍的電場和磁場分布也與故障前不同。因此，借助電場和磁場的變化，可以確定短路故障的具體位置。例如，在配電線路發生單相短路故障時，考慮周圍磁場的變化，可以對配電網的各接地點進行磁場探測，掌握短路周圍磁場的分布情況，然后對五次諧波電流進行檢測，確定故障點[4]。

2.2 識別故障支路和故障接地相

在小電流接地系統發生故障時，其故障特征是出現一段較為明顯的暫態過程，為了有效識別故障支路，首先要構建數學模型，以獲取暫態過程中的電流和電壓波形，并確定電流畸變量。其次，采用小波變換的方法，獲取接地點電流和電壓的頻譜圖像，再對頻譜圖像進行分析，得出電流特征量和故障頻帶特征值，從而最終確定故障線路和故障點。在實際應用過程中，需要結合神經網絡和蟻群算法，小波變換方法才能得到最佳發揮，才能有效提升故障檢測的準確性和高效性，進而快速確定故障點[5]。

2.3 構建繼電保護裝置管理和監測體系

繼電保護裝置管理和監測體系是有效應對電力系統運行故障的基礎，管理體系是否科學和合理，對于故障檢測、確定和應對至關重要。不斷完善管理和監測體系可以最大限度地發揮繼電保護的功能。在電力系統運行過程中，記錄運行過程中的具體操作，在故障檢測和排除時，可以提供一定的參考。同時，不斷健全繼電保護裝置管理制度和監測制度，并對電力運行的各個階段進行系統分析，對于繼電保護的管理成效具有重要意義。

3 繼電保護故障的應對策略

3.1 替換法

替換法是繼電保護故障應對策略中最直接、最有效的方法。所謂替換法，就是用正常的元件替換出現質量問題的元件。該方法可以快速地解決故障問題，確保電力系統運行的穩定性和可靠性。當繼電保護故障出現在內部回路電器元件時，就可以用替換法，使電力系統快速恢復正常狀態。而對于那些不能替換的部分，則可以通過監測的方法，從而發現產生故障的原因，提出解決故障的策略[6]。

3.2 參照法

在電力系統發生故障時，可以利用參照法，對出現故障的機器和運轉正常的機器進行比較，從而發現兩種機器不一樣的地方，并進行仔細觀察和分析，最終確定故障點。在通常情況下，一般對可能的故障點進行逐一檢驗，最終確定故障點。在故障排除過程中，也可以與正常機器的性能和參數進行比對，從而不斷完善運行數據，最終排除故障，使電力系統的運行性能恢復到正常狀態。

3.3 人工神經網絡法

人工神經網絡是以生物神經系統為基礎的一項人工智能技術。該方法利用神經網絡和遺傳算法等最新技術，對電力系統進行保護。人工神經網絡的優勢較為明顯，比如具有很好的自適應能力，并能夠對信息進行收集、分析和優化整理，以人工神經網絡為參照，對電力系統進行繼電保護，并能夠準確地確定故障種類、距離以及確定科學有效的應對策略。

3.4 綜合自動化繼電保護法

該方法就是將網絡通信技術和自動化控制技術融合，構建自動控制、測量以及故障錄波等多種功能為一體的繼電保護系統。利用數字化監測設備和網絡技術，對故障進行實時監測，從而節省了人力開支。通過自動化繼電保護系統，對變電站的運行狀態和故障狀態進行記錄，然后利用數字化分析技術，對數據進行系統分析，在故障發生時，可以快速進行比較、分析，從而確定故障點，并提出科學合理的應對策略。

3.5 自適應控制法

繼電保護裝置中的控制元件非常敏感，能夠對電力系統的運行進行有效監測，并隨著電力系統的運行狀態和故障變化調整自身的性能。當繼電保護裝置發生故障時，控制元件能夠迅速做出反應，及時發出警示信號。自適應控制法對控制元件的要求較高，不僅要求控制元件質量好、敏感性強，而且對控制元件的數量有一定的要求。在實際運行過程中，還需要根據現場情況，對敏感度進行合理調整，使繼電保護裝置在進行故障檢測和故障消除時發揮最大的成效。

4 結束語

綜上所述，繼電保護系統的穩定性和可靠性是確保電力系統正常運行的決定性因素。目前，隨著數字化技術和自動控制化技術的飛速發展，繼電保護故障檢測方法和故障排除策略也不斷更新。但是，繼電保護設備出現故障種類不同，采用的檢測和應對方法也不同。繼電保護故障檢測方法可以分為利用電磁場變化檢測單相短路故障，識別故障支路和故障接地相，構建繼電保護裝置管理和監測體系等方面。在繼電保護故障消除過程一般采用替換法、參照法、人工神經網絡法以及綜合自動化繼電保護法，以及時有效地消除繼電保護障礙，確保電力系統以良好的狀態運行，對于變電站經濟效益的提高具有重要的保護作用。