電力系統繼電保護常見故障與對策分析

馮建偉

（國網江蘇省電力有限公司邳州市供電分公司，江蘇 邳州 221300）

繼電保護系統是電力系統的危機保障，是故障出現時將損失降到最低的核心措施，繼電保護系統的故障維修和處理需要迅速且有效。實踐案例中的故障排查能為今后的繼電保護系統維護提供寶貴經驗，對于電力系統繼電保護故障和相應對策的研究具備較高的研究價值。

1 繼電保護

電力系統是一個組織架構相對龐大、運行情況相對復雜、專業技術要求較高的系統，既涉及發電系統，也涉及輸電和配電系統。發電系統的每個子系統都包含著十分復雜的結構。電力系統組織結構較為復雜，電力系統子系統會配置對應的控制系統，通過控制系統保障每一個環節正常運行，以此保障整個電力系統的穩定運轉，保證用戶用電安全[1]。

電力系統的組織結構相對復雜，電力系統中每個組織元件都與其他元件相關聯。在缺乏保護機制的情況下，任何一個細微環節的元件出現故障，都可能導致整個電力系統的癱瘓。電力系統中所使用的每一個電力元件都應具備相當高的穩定性，在根本上避免因元件發生故障而產生的后續影響。一旦某個元件出現故障，需要在規定時間內定位到故障點，處理故障點的問題，并盡快檢查電力系統中的繼電保護設備，保證電力系統的正常運轉。電力元件出現故障是無法完全避免，要求電力系統故障維修人員具備較高的職業素質。在面臨元件故障情況時，維修技術人員應以最高的效率準確定位故障，并對故障進行高效地排查和處理。如果處理速度較慢，故障會對其他環節的電力設備和元件造成影響，對電力系統造成二次傷害。處理的總時長會直接影響元件的損毀程度，處理越慢，損毀程度可能越高。

2 電力系統繼電保護故障分析

2.1 源頭性故障

源頭性故障是一種常見的繼電保護故障，指繼電保護裝置的軟件或硬件配置出現問題[2]。例如，繼電保護系統中的電路出現短路現象或接地現象，致使整個電力繼電保護裝置進入故障狀態，威脅電力系統。此外，繼電保護裝置自身軟件或硬件的質量不符合行業標準時，容易造成意外的損毀。這種損毀導致的故障同樣也屬于源頭性故障的一種，常見的類型是保護誤動或拒動。

2.2 運行過程故障

運行過程故障指繼電保護裝置在運行的過程中受到了外界的干擾，其自身原本良好的運行狀態出現了波動，產生變電故障。外界的干擾主要包括二次回路、定值整定、壓板投退和通道狀態等。出現此類問題時，雖然整體的電力系統并不會出現嚴重的故障，但繼電保護裝置的性能會大幅下降，導致電力系統的安全性大幅降低。一旦電力系統出現故障，繼電保護裝置難以提供應有的保護，導致嚴重后果。

2.3 電流互感器飽和故障

人們的經濟水平和生活方式具有相關性，生活水平的提升會導致居民用電量的總體提升。用電量的總體提升對我國整體電力系統的設備性能提出了新要求，對我國的電力系統終端和繼電保護裝置也是一種挑戰。當前已經出現多種原因的負荷導致繼電保護裝置故障，電流互感器飽和故障就是其中最常見的類型之一。當電流互感器因為用電量的增大而進入飽和狀態時，勵磁阻值變小，導致電流值的增大，造成電流互感器在測量和檢測數值上的誤差，導致電力系統中繼電保護裝置無法正常地運轉。但如果電流互感器的勵磁阻值抵抗力變高，產生的勵磁電流會隨之變小，就可以忽略產生的誤差[3]。電流互感器飽和故障的主要原因是電流互感器達到了飽和，導致電流過大，產生了意料外的數值誤差，導致繼電保護裝置的運行狀態出現一定的錯誤。

2.4 繼電保護系統出現的設備故障

繼電保護系統出現的設備故障指在繼電保護設備的安裝過程中，沒有按照行業規定的規范條例和適合設備型號的方法進行安裝，安裝過程中的疏漏可能導致繼電保護系統在正常的運行狀態下出現故障。從理論角度分析，繼電保護系統的運行較為安全，基本不會出現繼電保護裝置故障的問題，實踐中的故障實例不多[4]。但一旦繼電保護系統出現了故障，多數都是繼電保護系統中的設備和裝置出現問題。出現問題的主要原因是安裝繼電保護裝置的工作人員在安裝繼電保護裝備的過程中，沒有重視繼電保護裝置的統一性運轉原理，沒有規范地安裝相應的組成元件。安裝工作的疏漏導致的結果是繼電保護系統在運行過程中出現綜合性能不統一的情況，阻礙繼電保護裝置正常運行。檢測此類故障的方式比較相似，最主要的區別就是供電負荷大小的不同。在正常的繼電保護系統中，不同的系統環節需要的電流、電壓負荷強度可能不同，如果某個環節的負荷強度沒有達到應有的標準，會出現整個供電系統的不穩定現象，影響電力系統整體。出現不穩定的情況通常是因為繼電保護裝置自身的元件沒有被規范安裝或負荷量沒有達到正常運行的標準。

3 繼電保護故障處理方法的類型

3.1 經驗判斷方法

故障出現時，電力系統的工作人員可根據其積累的經驗對故障進行準確的定位和修復。從業人員利用多年從業經歷中的實踐經驗提升對繼電保護系統的認識水平和對其他相關電力系統的了解程度，在工作的同時不斷學習科學理論知識，包括對繼電保護系統在內的眾多電力系統組件的運行機制進行系統化的理解，培養自身對繼電保護裝置故障的判斷能力，真正落實經驗判斷法。具有豐富經驗的工作人員可以在故障出現時，利用理論知識和實踐經驗對現場情況進行迅速判斷。例如在維修過程中，為了阻止故障系統對其他系統的侵害，維修人員充分觀察現場情況后，利用開關分閘控制故障系統。如果故障本身是開關分閘系統故障導致的繼電保護系統預警的故障，工作人員應通過主觀分析和判斷，控制開關分閘的開合，實現對故障的控制。如果維修人員缺乏豐富的實踐經驗和理論知識或在實踐過程中出現判斷失誤的情況，都難以保障繼電保護故障能夠在第一時間得到妥善處理[5-6]。

3.2 分析法

分析法是通過對故障現場情況的判斷和分析得出故障原因的方法。與經驗判斷法相似，不同之處在于經驗判斷法的重點是技術人員的自身能力，分析法的重點是故障現場的具體情況。例如重合閘發生故障，故障現場出現明顯的放電閉鎖現象，現場維修人員應先對電量總量進行控制，控制成功后再對故障原因進行現場分析，得出放電閉鎖現象出現的主要原因。分析法的另一特點便是其事后的記錄性，故障維修完成后，參與維修的工作人員需要將此次維修活動的具體細節整理為故障維修分析報告，為今后類似的維修活動提供理論依據和實踐經驗。

4 繼電保護故障問題對策分析

4.1 發電機軸電流故障

繼電保護系統正常運轉時，軸電流的故障會導致電流保護裝置跳閘停機，此時維修人員需要根據標準維修方法，對電流保護裝置進行及時處理，迅速調試環境，使其滿足大軸的運行條件，通過接地和刷地的方法把對地電位確立，使上導軸承進入絕緣狀態。在繼電保護裝置運行時，軸承的絕緣設備可能被破壞，絕緣材料失效后，大軸、軸承和接地刷之間可能會有電流產生，導致設備出現內部放電的現象，陷入故障。針對此問題，維修維護人員可在大軸上施加適量的軸電流，并細心保護軸電。

保護措施完全落實后，會導致發電機的上導軸承出現與軸電對應的接地點，此時維修人員仔細檢查系統會看到繼電保護設備的油箱里出現擋油圈焊接部位脫落的現象。擋油圈脫落觸發大軸，加劇跳閘停機的現象，由此定位故障原因。為了預防這種情況發生，在日常設備檢查環節中，可以對即將脫落的擋油圈進行焊接加固[7-8]。

4.2 發電機轉子接地故障

電力系統正常運轉時，如出現因轉子接地導致的繼電保護裝置報警現象，說明接地保護措施正處于轉子的回路上。一般情況下，此時會出現重疊的交流電壓，維修人員應及時測評轉子的絕緣情況，如果因此導致系統故障，需要立刻停機排查，確保轉子的絕緣回路恢復穩定。通過電阻箱完成保護回路的接地操作。檢查轉子保護繼電器，手動開機使設備空轉，如果沒有出現勵磁電流，完成故障的排查，分析轉子的絕緣情況后，絕緣電阻為0。

5 結語

綜上所述，在相似的繼電保護系統中，故障類型主要分為源頭性故障、運行過程故障和電流互感器故障等幾種類型。利用常規的經驗判斷法、分析法和電位變化法，可有效解決常規的繼電保護故障。此外，出現發電機軸電流故障或發電機轉子接地故障等類似的繼電保護故障問題時，工作人員應充分利用理論知識積累和實踐經驗的指導，借鑒過往的處理方法，迅速排查和解決故障，提升我國電力系統運轉的穩定性。