电力系统继电保护典型故障分析

电力系统继电保护典型故障分析

李士海

山东电力建设第三工程公司山东青岛266100

摘要：继电保护装置是现代电力系统安全的基础，是预防供电过程中大规模停电的重要技术方式。随着现代城市改建、扩建脚步的不断加快，我国电力系统也进行了大面积的改造。通过技术改造实现了城市供电的稳定与安全。作为电力系统中的重要组成部分，继电保护装置故障的发生将影响电力设备的安全、影响电力系统供电的稳定性与安全性。如何有效避免电力系统故障、及时发现电力系统故障并采取合理措施是电力维修面临的首要问题。本文就电力系统中继电保护常见的故障及解决对策做了详细探讨。

关键词：电力系统；继电保护；开关保护；替代法；继电器Pick to:the relay protection device is the foundation of modern power system security,prevention is an important technology of the power supply in the process of large-scale blackout.With the accelerating of the modern city rebuilding and expansion of pace,power system also has carried on the massive transformation of our country.Through the technical reform to realize the stability and security of urban power supply.As an important part of power system relay protection device failure will affect the safety of electric power equipment,influence the stability and security of the power system power supply.How to effectively avoid power system failure,timely find power system fault and take reasonable measures is the top issue facing the electric power maintenance. In this paper,the common fault in the power system relay protection and make a detailed discussion on countermeasures.

Key words:power system;Relay protection;Switch protection;Alternative method;relay

中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、电力系统继电保护概述

最早的继电保护装置是熔断器。以后出现了以断路器为核心的电磁式继电保护装置、电子式静态继电保护装置，最近发展迅速的以远动技术、信息技术和计算机技术为基础的微机型继电保护装置。

（一）继电保护的作用

在电力系统被保护元件发生故障的时候，继电保护装置能自动、有选择性地将发生故障元件从电力系统中切除掉来保证无故障部分恢复正常运行状态，使故障元件避免继续遭到损害，以减少停电的范围；如果被保护元件出现异常运行状态时，继电保护装置能及时反应，根据维护条件，发出信号、减少负荷或跳闸动作指令。此时，一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件危害程度规定一定的延时，以避免不必要的动作。同时，继电保护装置也是电力系统的监控装置，可以及时测量系统电流电压，从而反映系统设备运行状态。

（二）继电保护的组成及要求

1、组成

继电保护一般由输入部分、测量部分、逻辑判断部分和输出执行部分组成。现场信号输入部分一般是要进行必要的前置处理，如隔离、电平转换、低通滤波等，使继电器能有效地检查各现场物理量。测量信号要转换为逻辑信号，根据测量部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息，按照一定的逻辑关系组合运算最后确定执行动作，由输出执行部分完成最终任务。

2、要求

继电保护的基本要求应当满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的要求。选择性指保护装置动作时，仅将故障器件从电力系统中当独切除，使停电的范围尽量地缩小，保证系统中无故障的部分正常运行；速动性是指保护装置应尽快切除短路故障，它的目的就是提高系统的稳定性，从而减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小受故障所影响范围，提高自动重合闸和备用设备自动投入的效果。灵敏性是指对于保护的范围内，发生故障或不正常运行状态的反应能力。可靠性是指继电保护装置在保护范围内发生动作时的可靠程度。

二、电力系统继电保护装置故障的检测方法

（一）利用空间电磁场探测单相接地故障支路方法

当小电流接地系统出现单相接地故障时，接地点的前向支路、后向支路及非故障支路的零序电压和电流会呈现出不同特点，相应线路的周围电场与磁场分布也会随之发生变化。因此，可利用零序电场和磁场探测接地故障点。

（二）识别故障支路和故障接地相的方法

当小电流接地系统出现单相接地故障时，会有一个包含较多故障特征的明显暂态过程。通过建立小电流接地系统数学模型，可仿真获得故障发生时前几个周波的暂态信号波形，由此检测到系统各条支路的负荷电流产生的波形瞬时畸变，再通过对接地故障发生时刻电流的暂态信号进行小波分解，可得到故障支路与健全支路的三相电流能量时谱，进而得到故障后一周波内能量积分的小波能量接地选线选相判

据。通过直接从负荷电流提取瞬时特征和分析故障频带特征量，即可在系统正常运行未受到明显影响的情况下，识别判断出故障支路和故障接地相。

此外，将小波变换与神经网络、模糊识别和专家系统等人工智能方法结合应用于分散性大，工况复杂的配电网系统故障检测，会有效提高小电流接地选线及故障定位的准确度。

三、电力系统继电保护常见的故障

（一）电流互感饱和产生的故障

在电力系统的继电保护中，电流互感饱和是一种常见的现象，会给电力系统的继电保护带来不同程度的影响，尤其是在配电系统设备终端负荷容量不断增加的情况下，一旦发生短路现象，就会形成一股巨大的电流，特别是在系统靠近终端设备区的时候发生短路，电流就会到达一定的程度，并且会在高于电流互感器单次额定电流的100倍之上，形成一种强有力的冲击力，造成设备的烧毁等不良现象。

此外，在在线短路的同时，由于受到互感器电流的饱和影响，再次出现感应的二次电流很小的情况下，也会形成定时限过流保护装置的工作受阻，不能正常的运转，在配电系统的出口线过流保护拒绝的情况下，就会造成整个配电系统出现断电的现象，不利于系统的正常运行。

（二）分散性漏电的故障

在电力系统的继电保护中，还会出现分散性的漏电现象，尤其是在一些相对密度高、工程量大的电力系统中，就会造成整个电力系统

的运转不平衡，因此，要根据整体的需要，及时进行整体的检修和排查，形成全面化的漏电保护系统。分散性漏电是只由几条线路以及设备的绝缘水平降低或者整个网络绝缘水平破坏造成的漏电现象。在故障发生之后，及时根据设备、电缆的使用情况，下井时间的长短等来估量漏电的整体范围，仔细检查，找出漏电点，在瓦斯员的极力配合下，尤其是对瓦斯聚集的地方，采取不同的方法进行排查，在故障发生后，将各分路开关分别单独合闸，检查是否发生跳闸现象，从而判断出分散性漏电，采取积极的应对措施加以保护。

（三）开关保护设备的使用不当

在电力系统的继电保护中，由于受到开关设备等使用和选择不当，就会带来不同程度的故障，尤其是在一些多数配电高密度集中的地方，采用开关站的方式，通过变电所、开关站、配电电压器的整体供电模式，如果没有实现继电保护自动化的开关设计，就会造成一定的负荷运行现象，就会带来整体技术的运行不当，因此，要更多的采用负荷开关或者其他的组合器进行继电保护，更好的维护设备的整体运行能力。

四、电力系统继电保护常见故障的处理措施

（一）替代法

所谓替代法，就是将正常的插件或相同元件替代怀疑或认为有故障的插件或元件，从而判断其是否有故障，缩小查找范围。替换花的实施应注意以下几点：

第一，注意插件内的定值芯片、程序及跳线是否相同；

第二，明确运行继电器或插件在替代前是否需采取一定措施；

第三，注意继电保护装置元件生产厂家相同但型号不同的情况，在对外部加电压实施极性核对后再确认。

如一条110kV旁路LFP一941A微机保护运行指示灯忽闪忽灭，并不打印任何故障报告，很难判断为何故障。正好附近有备用间隔，取各插件相应对换，查出故障在CPU插件上。用此项方法，要特别注意插件内的跳线、程序及定值芯片是否一样，确认无误方可掉换，并根据情况模拟传动。

（二）参照法

所谓参照法是指通过正常与非正常设备的技术参数对照，比较其不同之处，从而寻找不正常设备的故障点。此法主要用于查认为接线错误，定值校验过程中发现测试值与预想值有较大出入，但无法准确找到原因的相关故障。

1、在进行回路改造和设备更换后二次接线不能正确恢复时，可参照同类设备接线。如更换新的控制KK开关及接线后，出现开关不能正常分合故障。一般来说是二次线在恢复过程中接错了。为了尽快找到原因，可参照相邻线路控制KK(一般情况下同一块控制屏上，各条出线的控制KK开关接线是相同的)的接线，根据其线头标号套上的编码及接线位置一一对照找出不同点，就很容易发现错线所在。

2、在继电器定值校验时，如发现某一只继电器测试值与其整定值相差甚远，此时不可轻易判断此继电器特性不好，或马上去调整继电器上的刻度值。因为，所用的测量表计是否准确直接影响检验结果。

这时可用同只表计去测量其它相同回路的同类继电器(正常情况下一个检修周期内动作值变化不会相差较大)，如定值均正确，说明表计准确，据此可判定，出现测试值与定值偏差超出正常范围的继电器有问题，应予以更换。

3、保护带负荷试验难以确认数据正确与否，可从同类已运行的设备上读取数据，如指示灯情况、微机保护液晶显示屏中的内容等进行参照以便缩小故障范围。

（三）短接法

所谓短接断开法，就是将回路的某一部分或某一段用短接线接人为短接，从而判断故障是否在短接线范围内。此种故障查找方法主要用于电磁锁失灵、切换继电器无反应、电流回路开路、把手接地的切换是否良好等状况。

（四）直观法

在继电保护中，直观法主要用于处理一些无法使用专业电子仪器进行测试和检测的故障或是某一插件发生故障时暂时缺少备用产品的情况。目前国内继电保护故障处理中，直观法主要用于开关拒分或拒合故障处理，在操作命令下发后，观察合闸接触器运行情况，以判定电气回路的运行状态，如无故障，可初步认为故障发生在系统内部。同时可观察继电器的颜色和气味，如果内部出现明显发黄的现象，或某个元器件发出浓烈的焦味等，此时便可及时判断出故障所在，进行故障处理。

（五）逐项拆除法

逐项拆除法是指将并联在一起的二次回路顺序脱开，然后再依次放回，测定故障出现在哪一路，然后用同样方法查找更小的分支路，从而最终确定故障点。如电压互感器二次熔丝熔断，回路存在短路故障，可从电压互感器二次短路相的总引出处将端子分离，此时故障消除，然后逐个恢复，直至故障出现，再分支路依次排查。

结语

综上，现代社会的快速发展加剧了对电力供电能力的需求。在这样的背景环境下，强化电力企业继电保护故障排除能力是有效保障持续、稳定供电的关键。现代电力企业应针对继电保护装置的技术特点强化相关管理工作，同时针对继电保护装置的技术特点提高企业维修人员的专业技能与经验积累。以专业技能、专业知识结构的完善为基础，以经验积累作为重点提高企业电力系统继电保护装置故障的快速排除能力，保障电力系统的稳定运行。

参考文献

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[2]王喜香，李吉春.浅谈继电保护装置的状态检测和维修[J].黑龙江科技信息，2010.5.

[3]吕国栋.浅议电力系统继电保护技术发展[J].成才之路，2008.4.