高压电网继电保护及安全自动装置的可靠性研究

周泰源

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明 650000）

0 引 言

继电保护及安全自动装置是确保高压电网稳定运行的基础，一旦自动装置出现了故障，如动作失误、延迟等，就表示继电保护系统不能对电网的运行情况进行正确判断，更不能将判断信息发送到值班室。如果此时的电网电流过大，则可能会导致线路损坏和供电中断问题。因此，需要确保继电保护的可靠性。

1 高压电网继电保护及安全自动装置故障类型及原因

1.1 电压互感器二次电压回路故障

此故障一直是高压电网继电保护系统运行的主要问题之一，并且继电保护工作从电压互感器开始。这表示电压互感器的运行情况直接关系到高压电网继电保护系统的运行情况。虽然电压互感器二次回路设备数量不多，且接线也不复杂，但是电压互感器二次电压回路故障类型却相对较多，故障导致的最严重后果是保护误动或拒动。

分析以往的高压电网继电保护安全自动装置运行情况可知，电压互感器二次电压回路故障主要体现在如下3个方面。

第一，电压互感器二次中性点接地方式异常。具体表现是二次未接地、虚接、或者是多点接地，主要是由变电站接地网原因和接线工艺原因导致[1]。电压互感器到接地网之间的电压具体数值的影响因素主要有各相电压不平衡差异、接触电阻，并且这一电压会施加到保护装置上，当各相电压出现变化时，会导致阻抗元件拒动或误动。

第二，电压互感器开口三角电压回路异常。具体表现有电压互感器开口三角电压回路断线等，主要是由机械原因导致，但是短路故障则和工作人员的部分习惯有关。电磁型母线和变压器的保护系统中，如果想要确保电压处于零序电压定值状态下，就需要限制电阻短接。因此，操作人员大多数会选择应用小刻度的电流继电器，以造成开口三角回路阻抗的下降。此时如果出现了接地故障，零序电压会增加，回路负荷阻抗会减小，回路电流会增加，导致电压继电器和电流继电器线圈过热，进而引发绝缘破坏，出现故障问题。

第三，电压互感器二次失压。此故障属于常见的高压电网继电保护安全自动装置故障之一，其故障原因主要是开断设备性能不完善、二次回路不完善[2]。

1.2 电流互感器故障

此故障一直是高压电网继电保护系统运行的主要问题之一，电流互感器也是判断高压电网继电保护系统运行情况的主要设备。具体地，电流互感器能够显示出一次电流的波形，同时还能显示故障位置处的电流变化率、电流数值、电流波形及电流相位。但是传统的电流互感器并不能有效地做到前文所述的要求。这是因为传统电流互感器的制作原理是电磁感应原理，并通过铁芯耦合来实现一、二次电流变换；而铁芯具备磁饱和特性，且属于非线性组件；如果一次电流数值超过了额定值，电流互感器会处于饱和状态，励磁电流也会增加，高次谐波分量和非周期分量数量也会增加，进而导致二次电流失真，对继电保护系统正常运行造成影响。

在电工基础理论中，可以总结出如下观点。如果电流互感器会处于饱和状态，一次电流中的直流分量会增多，加上铁芯中有剩磁的成分，一旦铁芯短路，在运行半个周期后互感器便会达到饱和状态[3]。于是一次电流在运行状态下便会转变为励磁电流，此时二次电流基本为0，并且由于电流互感器过于饱和，其传变特性会下降，甚至会降到0，电流互感器便会出现拒动或误动问题，进而引发主变压器后备保护越级跳闸。

1.3 微机保护装置故障

导致微机保护装置故障的原因主要有两个，一个是电源原因，另一个是干扰和绝缘原因。电源原因指的是电源输出功率不足，导致输出电压降低，进而导致了电路基准值异常、充电电路时间变短等问题，进而导致微机保护系统出现逻辑配合失误、逻辑功能判断失误等故障。

2 高压电网继电保护及安全自动装置故障处理方式

2.1 直观处理方式

直观处理方式是最为常见的高压电网继电保护安全自动装置故障处理方式，不涉及到任何的检查仪器设备，需要维修人员通过视觉、听觉及嗅觉来判断故障位置、观察设备运行情况。直观处理方式的应用原理如下。如果电网或继电保护装置出现了运行问题和故障，其中部分元器件或线路就会出现变色、冒火星等情况，这些均可以通过肉眼直接观察所得；部分设备存在故障后会出现异常声响，维修人员通过判断声音方向便可以缩小故障范围，并进一步确定故障位置；部分设备存在故障后会产生热源，设备和线路在高温环境下运行会产生焦味，维修人员通过嗅觉即可处理故障。但是这种故障处理方式的应用需要维修人员具备丰富的高压电网继电保护安全自动装置故障处理经验，以充分发挥直观处理方式的应用效果。

2.2 短接处理方式

安装高压电网继电保护装置的主要目的是确保电网稳定运行，如果电网存在故障，保护装置可以自动对电网进行保护；但如果保护装置出现了故障，就会导致自动保护动作不正确，甚至是不出现保护动作，进而导致电网故障。此时，维修人员有必要及时处理保护装置故障，避免对电网运行造成进一步影响。短接处理方式指的是通过人工短接导线的方式来判断故障位置。这种逐一环节检查的方式能够准确地判断故障范围，随后再具体判定故障位置，维修人员即可针对故障类型采取相应的维修方式，进而尽快恢复保护装置的保护功能。

2.3 参照处理方式

参照处理方式指的是以高压电网继电保护安全自动装置的正常运行参数为参照，如果装置出现了故障，其运行参数必然会和正常状态下的参数之间存在差别，维修人员便可以对比故障装置和正常装置的各项运行参数，找到异常运行参数，进而找到相应的故障位置。参照处理方式一般应用在高压电网继电保护安全自动装置定期校验、接线错误故障检验中，并且此方式还能够排查潜在故障。很多潜在故障通过其他故障检测方式是无法排查的，只能通过对比运行参数的方式，才能准确地找到故障位置并分析故障原因。但参照处理方式不能应用在经过回路改造和设备更换的高压电网继电保护安全自动装置故障诊断中。这是因为这些设备的线路和零部件与常规设备有所差别，通过接线分析方式并不能有效地分析出其故障。

2.4 逐项拆除处理方式

逐项拆除处理方式指的是将并联的二次回路线路按照一定的顺序脱开，随后再按照脱开的顺序将线路依次放回，如果线路在放回后能够正常运行，表示被放回的线路不存在任何故障；如果线路在放回后不能够正常运行，表示被放回的线路存在故障。逐项拆除处理方式一般应用在高压电网继电保护安全自动装置直流接地、交流电源熔丝等故障诊断中。具体地，在诊断直流接地故障时，需要先结合电路负荷的重要程度，分别将直流屏短时间拉开，即切断线路，通常需要将切断时间控制在3 s以内，如果切断线路后故障依然没有消失，表示故障不存在在被切断线路上；如果切断线路后故障消失，表示故障存在在被切断线路回路上。此时需要再通过切断线路方式来找到故障所在的具体支路，在找到故障位置后，便可以拆除电源端端子寻找到故障点，维修人员即可针对故障类型采取相应的维修方式。在诊断交流电源熔丝故障时，需要从电压互感器的二次端相将引出的端子分离，维修人员即可针对故障类型采取相应的维修方式。

2.5 替换处理方式

替换处理指的是用功能正常的设备元件来取代疑似存在故障的元件，以判断被取代的元件是否存在故障，进而尽快地寻找到设备故障，适用于综合自动化保护装置故障处理操作。同时，如果要寻找内部回路复杂单元继电器的故障、微机保护故障，也可以应用替换处理方式。如果采取该方式后设备恢复正常运行状态，说明被替换来下的元件存在故障；如果设备没有恢复正常运行状态，还需要选择其他的故障检查和解决方式。

3 结 论

考虑到高压电网继电保护及安全自动装置在运行过程中难免会出现故障，维修人员需要掌握故障类型、原因及处理方式，以提高继电保护故障处理专业程度。同时，需明确故障分析和处理是继电保护系统的重要环节之一，需提高工作效率，以确保高压电网继电保护及安全自动装置运行的可靠性。