電力系統繼電保護故障分析與處理措施

王宗倫

（中國石油工程建設有限公司 華北分公司，河北 任丘 062550）

0 引 言

近年來，我國電力系統發展進程持續加快，繼電保護成為電力系統運行質量提升的關鍵。電力系統繼電保護運行過程中不可避免地會出現故障問題，不僅影響了繼電保護功能的正常發揮，而且對電力系統的安全運行造成干擾，因此探究電力系統繼電保護故障并分析故障處理措施具有非常突出的現實意義。

1 電力系統繼電保護組成

電力系統繼電保護主要由輸入模塊、邏輯分析模塊、測量模塊以及執行輸出模塊組成，通過各模塊的默契配合，可以在電力系統故障發生的第一時間隔離故障線路或設備，限制故障范圍擴大[1]。在故障隔離期間，一旦斷路器、線路內的任意部件拒絕動作，則經故障點最近距離的其他設備進行隔離，降低電力系統的損失。

2 電力系統繼電保護故障分析

2.1 潛在故障

潛在故障主要指電力系統繼電保護中因基礎裝置、元件質量與標準不符造成的故障，是造成電力系統運行失穩的主要原因，包括跳閘元件失靈、二次回路缺陷、觸電故障等。

2.1.1 跳閘元件失靈

跳閘元件失靈是電力系統繼電保護中出現概率較高、危害較大的故障，會直接導致大規模停電事故。

2.1.2 二次回路缺陷

電力系統繼電保護二次回路結構具有特殊性，存在一定的缺陷，如因開路與輸出電流之間差異過大、電流互感器（Current Transformer，CT）與端子排質量不佳引發的CT回路缺陷。在CT回路處于開路狀態時，回路開路位置的電壓處于較高水平，威脅整個電力系統繼電保護的安全穩定性。對于因兩點接地引發的直流回路缺陷，整個直流系統均受到負面影響，出現大規模線路短路、跳閘等情況，無法正常實現繼電保護。

2.1.3 觸點故障

繼電器觸點是整個繼電保護裝置中較為薄弱的部位，受繼電保護設備適用性、觸點材料、繼電器配置、工作頻率等因素的直接影響，一旦上述條件無法達到規定值，則將導致繼電器觸點出現故障，影響繼電保護系統正常發揮作用。

2.2 運行故障

運行故障是電力系統繼電保護中最嚴重的故障，包括開關拒絕閉合、低壓側近區故障、主變差動保護動作故障等。

2.2.1 開關拒絕閉合

開關拒絕閉合問題在電力系統繼電保護中較為常見。在開關投入運行后，隨著電力用戶數量增多、用電負荷增大，配變容量數據持續增加，開關所在線路發生節點焊死、相間短路、合閘卡死等風險的概率增加，直接提升開關跳躍故障概率，進而導致過流保護超出時間限定范圍，引發開關拒絕閉合動作。

2.2.2 低壓側近區故障

電力繼電保護中，低壓側近區故障主要表現為短路問題，直接增加電流沖擊變壓器概率，威脅電力變壓器的運行穩定性，甚至導致電力變壓器損壞，限制繼電保護效果。

2.2.3 主變差動保護動作故障

電力系統繼電保護中的接入電壓等級多樣，需要采取聯動接線方式。例如，在110 kV電力繼電保護系統中，基礎電壓等級分別為35 kV、10 kV以及110 kV，其中35 kV連接方式為單母線，10 kV連接方式為段帶旁路，此時需增設1 000 kVA主變滿足110 kV電力繼電保護24 h不間斷運行的要求[2]。而在35 kV側開關啟動保護中，極易因CT極性連接不到位而出現差動保護動作故障。

3 電力系統繼電保護故障處理措施

3.1 跳閘元件失靈故障處理

為了降低類似故障發生的概率，運維人員應當注重繼電保護裝置的初始質量驗證。依據全壽命周期管理規范，結合電力繼電保護工作情況，以年或月、周為單位集中檢查元件質量合格證書，規避元件失靈引發的繼電保護故障問題。

3.2 二次回路故障處理

由于二次回路故障表現多樣，故障來源判斷較為困難，運維人員可以根據二次回路故障特殊表現規劃可行的故障處理方案，具體如圖1所示。

圖1 繼電保護二次回路故障處理方案

在繼電保護二次回路出現故障后，技術人員需要先觀察故障現象，明確二次回路故障發生的地點、時間、環境條件以及故障類型。結合歷史經驗和具體故障現象，確定需要優先檢查故障的線路與設備，即發生相關故障風險最大的線路、設備，進而檢查其他回路。根據檢查結果，按照先容易后困難的順序分析二次回路故障的主要原因[3,4]。確定故障原因后，采用順序檢查法、分段處理法、逆序檢查法、整組實驗法以及替代法等方法查找現場故障點。其中，順序檢查法主要是依據現場檢修規程規定的順序進行檢查；分段處理法主要是針對同一繼電保護裝置不同部位進行分段檢查；逆序檢查法則是從故障結果出發逐級向上檢查；整組實驗法主要是根據繼電保護裝置邏輯關系、動作時間進行故障重現；替代法主要是利用規格一致、性能良好元件替代繼電保護裝置舊元件進行檢查，若故障消失，則表明相應元件損壞。以順序檢查為例，其流程如圖2所示。

圖2 順序檢查流程

在故障查找的基礎上，運維人員可以根據故障類型采取不同的故障處理方法。對于CT回路故障，運維人員可以先進行設備接地操作，在接地可靠的基礎上封閉端子并斷開CT連片，完成CT端子排更換。完成故障處理后，將臨時接地點拆除。對于直流回路故障，則以某一支路電流切斷后對應支路接地母線電壓持續提升為指標，沿著室外→室內→舊設備→新設備的順序逐步檢測接地支路接地點，在發現線路短路故障后按照規范重新連接回路線，從而成功解決故障。

3.3 觸點故障處理

繼電器觸點故障涉及接觸對粘連、觸橋變形、觸點接觸懈怠以及觸點損壞加速等，與金屬負荷材料強度過低、電力負荷過高具有較大關系。在繼電器運行過程中，運維人員應時刻關注繼電器觸點接觸環境參數，限制周邊腐蝕氣體（硫、氧、氮等）、水蒸氣濃度等，確保繼電器觸點表面完好。同時，運維人員應觀測繼電器運作環境溫度，特別是繼電器觸點開斷全過程的記憶合金溫度，適當采取降溫措施，避免高溫損壞觸點材料。

根據繼電器觸點滾動摩擦特點，運維人員應在替換高強度金屬復合材料制備的繼電器基礎上，將繼電器遷移到沖擊力小、不易振動的區域，限制觸點之間的工作壓力與滾動間距，降低機械設備的磨損率。在2個接觸表面產生相對電阻的情況下，運維人員應調整觸點之間的接觸面，借助小銼刀輕輕除去觸點表面的毛刺，進而借助純棉紗蘸乙醇擦去臟污，盡可能縮小接觸面的平整度差異[5,6]。若觸點仍然存在損壞加速，則在分辨有感性負載的基礎上借助加裝滅弧罩或引入滅弧電路等滅弧措施進行電感負載處理，達到降低觸點損耗率的目的。

3.4 開關拒合故障處理

根據開關拒合故障的原因差異，可以采取不同的故障處理措施。對于因繼電器連接不當引發的開關拒合，運維人員可以對線路進行改良，規避合閘環節沖擊電流，確保電力負荷處于繼電保護約束范圍內。具體操作時，運維人員可以先將分閘回路延時動合接點改接為一對常開接點，定期檢查輔助開關接點的位置，促使輔助開關、開關分閘與開關合閘有效配合。固定開關分合閘線圈，靈活運轉分合閘線圈鐵芯，確認無誤后調整開關4連桿結構，確保開關自由脫扣正常，開關低電壓動作試驗與設計要求相符。

在輔助開關位置與開關合閘接觸器線圈主觸點、電阻無誤的情況下，不考慮電動或手動操作模式，拆除輸出軸拐臂主拉桿，檢查結構運轉是否正常。若不正常，則判斷開關拒絕閉合的原因是輸出軸、主拐臂之間的軸承銹蝕卡死，需要重新打磨并注入二硫化鉬鋰基脂潤滑或者更換軸承。若正常，則表明三相刀閘是開關拒絕閉合的主要位置，需要拆除相間水平連桿并手動分合每相刀閘。發現某相無法拉合后，用電鉆在每相底座軸承防雨罩上鉆4.5 mm±0.5 mm小孔，對準小孔噴入螺栓松動液，與2個導電管配合注入潤滑油，借助黃油封閉小孔，從而順利解決故障。

3.5 低壓側近區故障處理

出現低壓側近區故障后，技術人員可以根據電力繼電保護要求增設過流保護裝置。依托過流保護裝置進行限流速斷操作，配合低壓出線速斷處理，形成可靠的低壓體系。而在高壓側閉鎖過流問題出現后，則綜合利用限時速斷、出線速斷控制本側，借助過電流分析確保出口限跳合理，降低出線近區類似故障的發生概率。

3.6 主變差動保護動作故障處理

在主變差動保護動作故障出現后，運維人員可以先開展帶負荷測試相位、差電壓或差電流操作，檢查電流回路接線是否正確。若電流回路接線不正確，則重新連接繼電保護電路，并集中校核設備保護限定數值、設備參數，確保報警信號正常發出，降低故障發生概率。若電流回路接線正確，則調高負荷檢查電流互感器所在回路的高壓側電流互感器變比，根據檢查結果重新連接電流互感器，確保主變差動保護動作恢復正常[7-10]。

4 結 論

繼電保護是電力系統正常運行的保障，可以及時發現、處理電力系統運行故障。目前，電力系統繼電保護故障主要有開關拒絕閉合、低壓側近區、主動差錯保護等運行故障和元件損害故障，電力系統運維人員應根據故障表現優化產品源頭，制定針對性運維方案，在提高繼電保護效果的同時，為電力系統的安全可靠運行提供保障。