電力繼電保護故障檢測及維修技術(shù)分析

[關(guān)鍵詞]電力繼電保護；故障檢測；維修技術(shù)；產(chǎn)源故障；隱形故障

引言

電力繼電保護裝置能夠通過檢測電力系統(tǒng)的異常情況并采取相應(yīng)措施，防止設(shè)備損壞和大規(guī)模停電事故的發(fā)生，從而更好地適應(yīng)我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展。隨著電氣設(shè)備和負(fù)荷的不斷增加，電力繼電保護裝置面臨的挑戰(zhàn)也越來越大。因此，對電力繼電保護裝置的故障進行檢測和維修是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵措施之一。

一、電力繼電保護中常見故障分析

（一）產(chǎn)源故障

產(chǎn)源故障通常是指由于電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備或其他主要設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)異常或故障從而導(dǎo)致繼電保護裝置產(chǎn)生誤動或拒動的現(xiàn)象。這類故障的發(fā)生源于多種因素，包括設(shè)備老化、維護不當(dāng)、操作失誤和環(huán)境因素等。

發(fā)電設(shè)備的老化和損耗是引發(fā)產(chǎn)源故障的主要原因之一。隨著設(shè)備使用時間的延長，內(nèi)部元器件會逐漸老化，性能也會逐漸下降，從而導(dǎo)致設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)各種問題。例如，電氣絕緣性能下降、機械部件磨損等最終會導(dǎo)致設(shè)備故障，進而觸發(fā)繼電保護裝置的誤動。在電力系統(tǒng)的日常維護過程中，如果未能按照規(guī)范進行設(shè)備檢查和保養(yǎng)，忽視潛在隱患的排查，往往會導(dǎo)致設(shè)備在長時間運行后出現(xiàn)不可預(yù)見的問題。

（二）隱形故障

隱形故障通常指的是那些在設(shè)備正常運行狀態(tài)下無法直接檢測到的潛在問題，但在特定條件下會突然顯現(xiàn)，導(dǎo)致繼電保護裝置誤動或拒動，甚至?xí)l(fā)大規(guī)模的電力系統(tǒng)故障。隱形故障的成因復(fù)雜，一般而言多與設(shè)備內(nèi)部的微小缺陷、劣化以及系統(tǒng)運行中的瞬態(tài)現(xiàn)象等有關(guān)。

在電力設(shè)備的制造和裝配過程中，微小的工藝缺陷（如焊點不牢、材料雜質(zhì)等）在設(shè)備長時間運行后容易逐漸演變?yōu)閲?yán)重的隱患。這些缺陷在設(shè)備正常運行時不易被檢測到，但在高負(fù)荷或過載等極端條件下，可能會導(dǎo)致電氣接觸不良和短路等問題，從而引發(fā)繼電保護裝置的誤動。在長期運行過程中，電力設(shè)備受環(huán)境、負(fù)荷等因素影響，內(nèi)部元器件會逐漸劣化。例如，電纜絕緣層會因老化而逐漸失去絕緣性能，變壓器繞組會因長時間的電流沖擊而出現(xiàn)微小裂紋。這些劣化現(xiàn)象在設(shè)備正常運行時都不易察覺，但在突發(fā)故障或過載情況下會迅速惡化而導(dǎo)致設(shè)備失效。

二、電力繼電保護故障檢測技術(shù)

（一）檢測技術(shù)要點

電力繼電保護故障檢測技術(shù)主要包括在線監(jiān)測、智能分析和及時反饋等方面，通過這些技術(shù)手段，可以有效地提高故障檢測的精度和效率。表1展示了電力繼電保護故障檢測技術(shù)的要點和應(yīng)用實例。

（二）現(xiàn)代檢測技術(shù)的應(yīng)用

在線監(jiān)測技術(shù)是現(xiàn)代檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。這一技術(shù)能夠通過在關(guān)鍵節(jié)點安裝高精度傳感器，實時獲取電流、電壓、溫度等參數(shù)，從而提供持續(xù)的狀態(tài)監(jiān)控。例如，在變壓器和電纜上安裝溫度傳感器，可以實時監(jiān)測溫度變化，當(dāng)溫度超出設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提示維護人員及時進行檢查和處理，防止過熱引發(fā)設(shè)備損壞。

智能診斷技術(shù)能夠通過分析在線監(jiān)測到的數(shù)據(jù)識別出系統(tǒng)運行中的異常信號，這些技術(shù)包括模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機等人工智能方法，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深入分析，識別出故障特征。例如，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以對電流波形進行分析，檢測出異常波動的模式，從而判斷可能的故障類型和位置。

（三）故障檢測的關(guān)鍵指標(biāo)

故障檢測的關(guān)鍵指標(biāo)主要包括電流、電壓、溫度、頻率和相位角等參數(shù)，每一個指標(biāo)都對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有直接影響。表2是常見的故障檢測關(guān)鍵指標(biāo)及其應(yīng)用實例。

精準(zhǔn)的故障檢測不僅可以減少停電事故的發(fā)生，還能延長設(shè)備的使用壽命，提高電力系統(tǒng)的運行效率。通過對這些關(guān)鍵指標(biāo)的實時監(jiān)測和分析，電力繼電保護系統(tǒng)能夠迅速識別和處理各種故障，從而更好地確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

三、電力繼電保護故障維修技術(shù)

（一）替換法

替換法是電力繼電保護故障維修中最常用的一種技術(shù)。這種方法操作簡便、效果明顯，特別適用于無法通過常規(guī)檢測手段準(zhǔn)確判斷故障位置的情況。在實際應(yīng)用中，替換法常常被用來處理繼電保護裝置內(nèi)部的硬件故障，如繼電器、斷路器、電纜連接器等關(guān)鍵元件的失效。

在應(yīng)用替換法進行故障維修時，為了確保替換后系統(tǒng)能夠正常運行，替換元件應(yīng)當(dāng)是與故障元件型號、規(guī)格一致或兼容的正常元件。例如，在處理繼電器故障時，可以選擇備用的相同型號的繼電器進行替換。在替換前，需要關(guān)閉相關(guān)設(shè)備的電源，確保操作安全，并對替換元件進行必要的檢查和測試，并確認(rèn)其處于良好狀態(tài)。在實際操作過程中，逐步替換懷疑有故障的元件，可以有效縮小故障范圍，直至找到故障點。例如，當(dāng)某保護裝置出現(xiàn)故障報警時，可以先替換保護裝置中的各個模塊，如電源模塊、信號處理模塊等，觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化。如果替換某個模塊后，故障報警消失，則說明該模塊存在問題，需要進一步檢修或更換新的模塊。

（二）參照法

參照法的核心是利用已知正常狀態(tài)下的參數(shù)作為基準(zhǔn)，對比異常狀態(tài)下的參數(shù)變化，進而判斷故障的具體位置和性質(zhì)。在實際應(yīng)用中，參照法的操作流程通常包括數(shù)據(jù)采集、對比分析和故障定位三個步驟。

第一，需要采集系統(tǒng)在正常和異常狀態(tài)下的運行數(shù)據(jù)，并通過高精度的傳感器和監(jiān)測設(shè)備實時記錄。這些數(shù)據(jù)包括電流、電壓、頻率和相位角等關(guān)鍵參數(shù)。第二，對采集到的數(shù)據(jù)進行詳細(xì)對比分析，尋找異常變化的特征。例如，在定值校驗過程中，可以將當(dāng)前測量的繼電器動作值與標(biāo)準(zhǔn)動作值進行對比，若偏差超過允許范圍，可以判定繼電器存在故障。通過對比不同工況下的參數(shù)變化，可以更準(zhǔn)確地識別故障點。第三，故障定位是參照法的關(guān)鍵步驟。通過對比分析得出的異常參數(shù)變化，再結(jié)合電力系統(tǒng)的實際運行情況可以準(zhǔn)確判斷故障的位置和性質(zhì)。例如，在輸電線路的故障檢測中，通過對比正常運行狀態(tài)下的電流和電壓分布，可以快速識別出故障點的位置，準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的具體線路段或設(shè)備。對于復(fù)雜的電力系統(tǒng)，故障定位往往需要結(jié)合多種參照數(shù)據(jù)和分析方法。

參照法作為電力繼電保護故障檢測的重要技術(shù)手段，具有操作簡便、準(zhǔn)確性高的特點。科學(xué)合理地應(yīng)用參照法，可以有效提高電力系統(tǒng)故障檢測的效率和準(zhǔn)確性，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。而在具體操作中，參照法可以通過數(shù)據(jù)可視化分析、多參數(shù)綜合分析、對比歷史數(shù)據(jù)和智能算法輔助等方式進行優(yōu)化和應(yīng)用。

1．?dāng)?shù)據(jù)可視化分析

數(shù)據(jù)可視化分析能夠通過圖表和曲線的方式，將正常和異常狀態(tài)下的參數(shù)變化直觀地展示出來，幫助技術(shù)人員快速識別故障特征和趨勢。例如，利用電流和電壓波形圖可以清晰地看到故障前后波形的變化，從而判斷故障類型和位置。

2．多參數(shù)綜合分析

實際的故障檢測需要綜合多個參數(shù)的數(shù)據(jù)進行分析。例如，繼電器保護裝置的故障檢測，不僅需要對比電流和電壓的變化，還需要分析頻率、相位角和溫度等參數(shù)，通過多參數(shù)的綜合對比分析，提高故障檢測的準(zhǔn)確性。

3對比歷史數(shù)據(jù)

利用歷史數(shù)據(jù)作為參照，對比當(dāng)前運行狀態(tài)與歷史運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)變化識別出系統(tǒng)的異常趨勢和潛在故障。例如，通過對比變電站過去幾年的運行數(shù)據(jù)，識別出設(shè)備老化和性能下降的趨勢，提前預(yù)防故障發(fā)生。

4．智能算法輔助

智能算法利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)對參照數(shù)據(jù)進行深度分析，提高故障檢測的效率和準(zhǔn)確性。例如，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機等算法，可以對大規(guī)模數(shù)據(jù)進行快速處理和模式識別，自動識別出故障特征和位置。

（三）短接法

短接法的基本原理是通過臨時短接某一段電路，觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化，從而判斷該段電路是否存在故障。在實際應(yīng)用中，短接法的操作步驟包括準(zhǔn)備、短接和分析三個主要環(huán)節(jié)。首先，準(zhǔn)備工作包括確認(rèn)需要短接的電路段和確保操作安全，需要仔細(xì)檢查電路圖，明確短接操作的具體位置，并關(guān)閉相關(guān)設(shè)備的電源，以防止短接過程中出現(xiàn)短路或其他安全事故。其次，在短接過程中，需要使用導(dǎo)線或?qū)Ｓ枚探庸ぞ邔⑦x定的電路段進行短接，并保持短接狀態(tài)一段時間以觀察系統(tǒng)反應(yīng)。最后，通過分析短接前后系統(tǒng)狀態(tài)的變化確定故障的具體位置和性質(zhì)，例如，當(dāng)短接某段電路后，故障現(xiàn)象消失，說明故障位于短接段內(nèi)；若故障現(xiàn)象依然存在，就需繼續(xù)縮小短接范圍，直至找到具體故障點。

值得一提的是，在短接時，技術(shù)人員需要使用適當(dāng)?shù)亩探庸ぞ撸ㄈ缃^緣導(dǎo)線或?qū)Ｓ枚探悠鳎┻M行臨時短接。短接的時間通常保持在數(shù)分鐘以內(nèi)，以便觀察系統(tǒng)的反應(yīng)；同時，必須密切監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過實時數(shù)據(jù)記錄和分析工具，捕捉短接前后系統(tǒng)參數(shù)的變化，通過短接操作后的數(shù)據(jù)分析，初步確定故障的具體位置和性質(zhì)。例如，當(dāng)短接某段電路后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行，說明故障位于該短接段內(nèi)，這時可以進一步縮小故障范圍，通過逐步短接該段電路的各個部分最終準(zhǔn)確定位故障點。如果短接后故障現(xiàn)象依然存在，則需要繼續(xù)縮小短接范圍，或者改變短接位置，直到故障現(xiàn)象消失或明顯變化為止。

（四）逐項拆除法

逐項拆除法的核心在于分步驟且有序地拆除系統(tǒng)中的組件，并在每一步操作后進行測試，觀察系統(tǒng)狀態(tài)的變化。這種方法要求技術(shù)人員具備扎實的電氣知識和豐富的維修經(jīng)驗，在拆除過程中能夠及時識別和判斷故障信號。逐項拆除法的步驟包括初步診斷、逐步拆除和綜合分析。在初步診斷階段，技術(shù)人員可以根據(jù)故障現(xiàn)象和初步測試結(jié)果，確定故障可能涉及的主要區(qū)域。然后，按照一定的順序逐步拆除可疑組件或斷開相關(guān)電路，每拆除一個組件或斷開一段電路后，可以立即進行系統(tǒng)測試，觀察故障現(xiàn)象是否消失或變化。例如，在處理變壓器保護裝置故障時可以逐步拆除保護裝置的各個模塊（如電源模塊、信號處理模塊和輸出模塊），通過每一步的測試結(jié)果判斷故障所在的具體模塊。在實際應(yīng)用中，逐項拆除法常用于排查復(fù)雜的接線故障和多點故障。

結(jié)語

電力繼電保護系統(tǒng)的故障檢測與維修技術(shù)在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行中具有至關(guān)重要的作用。隨著信息技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，電力工作者可以通過不斷優(yōu)化檢測和維修技術(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。電力繼電保護系統(tǒng)的有效運行，能夠為社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活提供重要支持，確保電力資源的安全、穩(wěn)定供應(yīng)。