電力系統(tǒng)繼電保護(hù)故障分析與處理措施探析

李軻

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對電力的需求越來越大，對電力供應(yīng)的品質(zhì)也提出了更高的要求。電力是推動社會進(jìn)步和科技進(jìn)步的主要力量，在促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善人民生活方面起著舉足輕重的作用。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)中的重要組成設(shè)備，通過繼電保護(hù)設(shè)備，可以實現(xiàn)對故障的及時發(fā)現(xiàn)、處理，減少因故障產(chǎn)生的損失，從而保證電力設(shè)備的安全和供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)；故障分析；故障處理

DOI：10.12433/zgkjtz.20233036

隨著電力設(shè)備智能化的發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模也在逐步擴(kuò)大，相應(yīng)的電網(wǎng)運行技術(shù)水平相對于以往有了顯著的提高，也使得電力系統(tǒng)對二次系統(tǒng)和其他保護(hù)裝置的依賴性越來越強(qiáng)。但是從部分地區(qū)的繼電保護(hù)檢修的情況來看，目前所采用的維修模式仍以定期檢修為主。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)水平的提高，這種方式仍不能滿足保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定與安全運行的實際需求。所以在準(zhǔn)確掌握二次裝置的使用狀況的基礎(chǔ)上，制定出一套切實可行的繼電保護(hù)的狀況檢修計劃，對提高繼電保護(hù)的運行狀況有著十分重要的意義。

一、電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)概述

繼電保護(hù)是指在電網(wǎng)中某一部分或系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，立即向現(xiàn)場操作人員發(fā)出警報，或者向斷路器發(fā)出跳閘命令，以阻止故障發(fā)生。繼電器由邏輯電路、測量電路和執(zhí)行電路構(gòu)成。比如，當(dāng)變壓器油罐發(fā)生故障時，會釋放大量的氣體，油壓強(qiáng)度會提高，油流會加快。一般情況下，保護(hù)裝置都能工作。這樣既不會影響整個電網(wǎng)的安全運行，又能最大限度地減少對電網(wǎng)各組成部分的破壞。保護(hù)裝置可有效降低失效元件對電網(wǎng)的供電可靠性，滿足電網(wǎng)某些特殊要求。此外，繼電器還可以在電器工作過程中發(fā)生異常情況時及時發(fā)出警報，并針對不同的工作狀態(tài)發(fā)出不同的訊號，便于操作人員做出有針對性的處理。

二、繼電保護(hù)裝置的重要作用

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，迅速將故障部分從系統(tǒng)中切除，以保證其他部分不受損害或少受損害，并能在正常運行時迅速將故障部分關(guān)閉，以防止事故范圍擴(kuò)大；當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生異常情況時，它可以自動地發(fā)出信號（如跳開各相斷路器）和自動地進(jìn)行一些輔助工作（如切除故障、自動重合閘等）。因此，繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中不僅是一種重要的設(shè)備，還是一種非常重要的技術(shù)措施。

三、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的功能

（一）能夠檢測電力系統(tǒng)運行情況

電網(wǎng)在運行時，外部因素的干擾會導(dǎo)致其所處的環(huán)境發(fā)生變化，從而引起電網(wǎng)故障。在此情況下，繼電保護(hù)設(shè)備就可以充分發(fā)揮自身的作用與價值，準(zhǔn)確判斷出電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的部位，通過向外部傳遞故障信號，將故障部位隔離在整個電力系統(tǒng)外，保證正常運行的電力系統(tǒng)部分不會受到故障部分的影響。因此來說，繼電保護(hù)裝置的一個重要功能是監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障并做出正確的判斷。

（二）能夠監(jiān)控電力系統(tǒng)運行質(zhì)量

在電力系統(tǒng)正常運行時，繼電保護(hù)設(shè)備可以對電力系統(tǒng)中的二次設(shè)備展開實時監(jiān)控，讓工作人員可以及時了解到電力系統(tǒng)的實際運行狀況，同時還可以針對電力系統(tǒng)的運行特點做出相應(yīng)的調(diào)整，從而保證電力系統(tǒng)一直都處于良好的運行狀態(tài)。

（三） 能夠保障電力系統(tǒng)運行安全

電網(wǎng)的運行以安全為前提。在電力系統(tǒng)的運行中，繼電保護(hù)設(shè)備一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況，就可以立刻進(jìn)行定位，并切斷對故障部分的供電，將其從整個電力系統(tǒng)中隔離出去，盡可能地確保電力系統(tǒng)中的其他設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。

四、繼電保護(hù)系統(tǒng)的常見故障類型

（一）系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障

系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障是繼電保護(hù)系統(tǒng)常見的故障類型，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)單相接地故障，就會導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作性能受影響。同時，單相接地故障會導(dǎo)致電力系統(tǒng)電壓下降。為了確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，必須加強(qiáng)對繼電保護(hù)裝置的檢修和維護(hù)工作，及時發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)的各種問題，采取有效措施進(jìn)行處理，從而避免繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障。

（二）繼電保護(hù)裝置中出現(xiàn)二次回路斷線故障

二次回路斷線故障通常會對繼電保護(hù)裝置的正常運行造成嚴(yán)重影響。在實際運行過程中，二次回路斷線故障一般都是設(shè)備受到外力或者其他因素影響，從而導(dǎo)致二次回路斷線，這就需要檢修人員在工作中加強(qiáng)對繼電保護(hù)裝置的重視程度，保證繼電保護(hù)裝置正常運行。另外，在二次回路斷線故障發(fā)生時，檢修人員也需要加強(qiáng)對工作人員的培訓(xùn)，使其能夠熟練掌握繼電保護(hù)裝置運行原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等知識，在對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行檢修工作時，能夠迅速找出問題所在并及時進(jìn)行修復(fù)。

（三）二次回路出現(xiàn)斷線和短路現(xiàn)象

在電力系統(tǒng)中，二次回路是重要的組成部分，二次回路的故障會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常運行，甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生事故，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。二次回路斷線和短路現(xiàn)象是常見的故障類型，因此，必須加強(qiáng)對其的預(yù)防和處理，將安全隱患消除在萌芽狀態(tài)。具體來說，二次回路斷線和短路的現(xiàn)象主要是開關(guān)機(jī)構(gòu)損壞或者開關(guān)機(jī)構(gòu)未按照規(guī)定安裝等。針對這一問題，可以采取以下措施：定期檢查二次回路是否出現(xiàn)斷線和短路現(xiàn)象；加強(qiáng)對開關(guān)機(jī)構(gòu)安裝和使用的監(jiān)督；定期對二次回路進(jìn)行檢修和維護(hù)，確保二次回路處于良好的運行狀態(tài)。

（四）信號異常

信號異常主要是指外界環(huán)境等因素導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置發(fā)送的信號出現(xiàn)錯誤或者異常。對于外部環(huán)境因素造成的信號異常，主要是電力系統(tǒng)外部存在較大的干擾，繼電保護(hù)裝置無法及時接收到正確的信號，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤發(fā)信號。對于此類故障，應(yīng)該加強(qiáng)電力系統(tǒng)外部環(huán)境的檢測工作，確保電力系統(tǒng)外部環(huán)境不會對繼電保護(hù)裝置的正常運行產(chǎn)生影響。對于內(nèi)部環(huán)境因素造成的信號異常，主要是繼電保護(hù)裝置內(nèi)部元器件出現(xiàn)故障導(dǎo)致的，應(yīng)采取措施及時處理故障，避免因繼電保護(hù)裝置內(nèi)部元器件故障而導(dǎo)致故障信號傳輸錯誤。

（五）電壓互感器二次故障

二次線路故障以變頻器二次接地為主要表征，具有很高的復(fù)雜性，其原因也很多。二次接地異常所呈現(xiàn)出來的二次與多點閉合問題一般都是在接線的過程中出現(xiàn)的，對二次接地與接地過程中與電網(wǎng)之間所產(chǎn)生的電壓有很大的影響，主要是由于電流與電阻的不均勻分布所造成的。當(dāng)有相電壓超過保護(hù)器所能承受的電壓時，就會引起電流相位和幅值發(fā)生變化，從而造成導(dǎo)流部件和電壓的丟失偏轉(zhuǎn)。變壓器的電阻比較小，短路時電流值也較大，因此，當(dāng)變壓器處于熔絲狀態(tài)時，極有可能造成變壓器損壞，從而引起安全事故。為了減少電力使用中的安全隱患，應(yīng)盡量避免變壓器發(fā)生短路。

（六）電力繼電保護(hù)所用設(shè)備校驗缺陷

在執(zhí)行一項具體的繼電保護(hù)工作時，操作人員的疏忽可能造成實際應(yīng)用中所用的檢定裝置存在很大的缺陷，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。根據(jù)電力系統(tǒng)的基本狀況，如果所采用的保護(hù)裝置出現(xiàn)了局部的問題，將會對繼電器保護(hù)的效能產(chǎn)生影響。在一個大規(guī)模的電力供應(yīng)系統(tǒng)中，一個微小的問題都可能導(dǎo)致大問題，長期下去，將會給重要的電力設(shè)備帶來嚴(yán)重的破壞。

五、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)隱性故障的處理措施

（一）加強(qiáng)電廠繼電保護(hù)裝置安全管理

首先，要做好日常安全保養(yǎng)工作，確保電站繼電保護(hù)設(shè)備的安全調(diào)試與運轉(zhuǎn)。在運轉(zhuǎn)過程中，消除潛在的危險隱患，防止可能發(fā)生的故障，并采取必要的維修保養(yǎng)等措施，確保電站繼電保護(hù)設(shè)備安全運轉(zhuǎn)，進(jìn)而提高電站繼電保護(hù)設(shè)備的性能。

其次，在電站繼電保護(hù)裝置發(fā)生故障或者老化時，幫助電站更好地管理電能，提高電站的繼電保護(hù)裝置的品質(zhì)，為電站提供更高品質(zhì)的繼電保護(hù)裝置。同時，在繼電保護(hù)裝置線路和繼電保護(hù)裝置的整體規(guī)劃上進(jìn)行設(shè)計，良好的繼電保護(hù)裝置線路和繼電保護(hù)裝置的配合，可以降低電廠的投資成本，增加企業(yè)利潤，在降低投資成本的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)不同的地形，設(shè)計不同的繼電保護(hù)裝置方案，確保電廠繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)安全運行，可以有效避免自然災(zāi)害對繼電保護(hù)裝置的影響。

（二）提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)安全運行

要科學(xué)安全檢查繼電器，在校驗的末尾還要做整組試驗和電流環(huán)升流試驗，避免二次回路再調(diào)整定區(qū)和更換線路。對電流環(huán)的上流、電壓環(huán)的上壓測試，也必須在其他檢測工作完成之后才能進(jìn)行。要做好日常監(jiān)管工作。不管是哪一種防御，都需要仔細(xì)檢查。在檢驗時，應(yīng)注意每個零件的焊接部位是否牢固。首先，應(yīng)先拔下保護(hù)套，再旋緊螺絲，并注意焊接部位。元件保護(hù)片、控制點，以及螺絲的安裝都要在檢驗過程中完成。繼電保護(hù)中常見的接地故障，均需將屏內(nèi)銅線接好，并用絕緣表檢查其電阻值，以達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

（三）加強(qiáng)回路調(diào)試和檢修工作

在電網(wǎng)中，繼電保護(hù)二次回路發(fā)生故障，造成繼電保護(hù)二次回路不能正常工作，因此，維修人員要仔細(xì)分析產(chǎn)生故障原因，并針對不同的情況找出合理的解決辦法。在故障處理完畢后，為了避免類似的故障發(fā)生，還需要對二次電路進(jìn)行周期性的檢查。維修人員還應(yīng)該充分運用當(dāng)前的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，對每天的工作進(jìn)行模擬，看看是否還會出現(xiàn)類似的故障。與此同時，工程師可以對其他繼電設(shè)備的故障進(jìn)行精確的定位，從而避免電力系統(tǒng)工作困難。在日常維護(hù)過程中，工作人員要正確調(diào)節(jié)變壓器的運行參數(shù)，將其控制在合理的范圍內(nèi)。

（四）提高故障維修人員的專業(yè)技術(shù)水平

維修人員的專業(yè)技術(shù)水平，直接影響著繼電保護(hù)設(shè)備的維修質(zhì)量，如果不能保證他們的專業(yè)技術(shù)，那么設(shè)備維修效果不夠理想。繼電器保護(hù)裝置中的部件構(gòu)成較復(fù)雜，對一些類型不明的裝置故障，其內(nèi)部部件必須由專業(yè)的維修人員來檢修。

電力企業(yè)可以從以下三個方面著手來提升設(shè)備故障人員的專業(yè)技術(shù)水平：首先，對其設(shè)備維修人員開展專業(yè)技術(shù)和思想方面的培養(yǎng)。繼電保護(hù)設(shè)備故障的發(fā)生具有一定的不確定性，而且造成繼電保護(hù)設(shè)備故障的原因也是多種多樣的。因此，通過專業(yè)化的培訓(xùn)，可以讓維修人員可以持續(xù)擴(kuò)大專業(yè)知識儲備。其次，在思想方面的培養(yǎng)，也可以讓設(shè)備維修人員充分認(rèn)識到這項工作的重要性。與此同時，企業(yè)需要對其設(shè)備維修人員進(jìn)行定期的職業(yè)培訓(xùn)，這樣可以讓企業(yè)對故障維修人員的職業(yè)素質(zhì)有較全面的了解。最后，通過合理的培訓(xùn)激發(fā)維修人員的工作熱情。

（五）光纖通信通道的維護(hù)

目前光纖通信信道工作狀態(tài)的在線監(jiān)測技術(shù)已趨于成熟，而信道損耗增大是導(dǎo)致信道失效的主要原因。對光學(xué)模組的發(fā)送器及接收器進(jìn)行測量，并逐步調(diào)整其性能，使之符合良好技術(shù)狀況，并為維修狀況提供安裝依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，提出了基于狀態(tài)的信道維修方法。另外，它還能避免因例行檢查而引起的可靠性下降，從而極大地減少維修工作量。同時，在鏈路斷開等重大信道失效之前，能夠及時檢測出異常狀況，并作出應(yīng)對措施，避免對系統(tǒng)通信造成不利影響。在光纖通信信道狀態(tài)維持階段，每一次傳輸均通過 IED裝置行，IED裝置可直接獲得信道的運行情況，實現(xiàn)對信道狀態(tài)的維持。每種電力電子裝置的傳輸通訊接口必須具備聯(lián)機(jī)光電發(fā)射/接收監(jiān)視能力。各IED裝置在其自身的光電接收機(jī)上，將其所采集到的電能傳輸數(shù)據(jù)上傳到站點控制層。在此基礎(chǔ)上，針對收發(fā)機(jī)功率和維修門限，發(fā)射維修報警信號。

六、結(jié)語

綜上所述，繼電保護(hù)設(shè)備的回路較復(fù)雜，部件較多，很可能會出現(xiàn)各種故障，要根據(jù)不同的故障類型來選擇相應(yīng)的處理方法，并且要持續(xù)地總結(jié)有關(guān)的技術(shù)經(jīng)驗，這樣才能保證電網(wǎng)的安全可靠運行。除此之外，維修人員還必須培養(yǎng)良好的繼電保護(hù)意識，提升專業(yè)素養(yǎng)，對各種專業(yè)技能進(jìn)行全面掌握，具備對事故發(fā)生位置、故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和及時處理的能力，從而為電廠的穩(wěn)定運行提供保障。

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