电力系统继电保护及故障检测方法分析

杜伊

（宁夏超高压电力工程有限公司，宁夏 银川750011）

1 电力系统继电保护和故障检测功能

电力系统继电保护和故障检测作用如下：第一是在被保护元件、设备产生故障问题后，继电保护装置便会有选择、迅速、准确、自动地朝故障元件接近断路器发出相应的跳闸切断命令，促进其快速和电力系统脱离开来，进一步降低对于安全供电和电力系统破坏的影响，同时在无故障支持下，尽快恢复正常运行。第二是能够对电力系统运行状态进行实时监控，对电网保护设备以及录波设备等二次装置进行实时监测与有效控制，保障电力系统稳定运行。第三是能够针对电力系统中的异常运行状态和故障问题进行有效检测，准确判断故障的发生区域和以及故障性质。第四是可以结合电力系统内的各种异常现象进行有效提示，电气设备产生运行故障条件下，联系设备实际运行维护条件以及相关异常现象进行有效的信号提升，从而警示相关值班人员针对设备中的缺陷故障问题进行及时有效的检修处理。确保无人值班条件下，继电保护装置能够进行自动化调整处理，或选择性切除某些存在安全隐患的电气装置。电力系统相关继电保护需要具备良好的可靠性、灵敏性、选择性、速动性，如此才能促进电力系统实现正常稳定发展，激发继电保护装置自身的维护功能[2]。

2 小电流接地系统为基础的故障检测

2.1 结合空间电磁场分析单相接地故障

在小电流接地系统产生单相接地故障问题后，接地点非故障支路、后向支路、前向支路相关零序电压以及电流会呈现出不同特征，而对应线路周围磁场和电场分布也会产生不同变化，所以可以借助磁场和零序电场对接地故障点进行合理探测。

第一，针对小电流接地系统实施稳态分析，结合图1 仿真模型作为典型直线π 型10 千伏配电线路，可以代表故障支路和正常支路五种配电线支路，实施故障点探测，把实验和设定所得故障支路参数Ⅱ、正常支路Ⅰ、系统参数以及故障参数实施稳态分析，最终得到故障稳态条件下配电系统中不同支路零序容性电流和零序功率特征，即故障支路故障后向零序容性电流和零序电压相比落后π/2，对应零序容性功率数值为正数。非故障支路前向零序电容性电流和零序电压相比超前π/2，对应零序容性功率是负数。故障支路前向零序容性电流和零序电压相比，超前π/2，对应零序容性功率结果是负数。

图1 小电流接地系统模型

图2 电磁场检测电路相关检测原理

第二，配电线路相关磁场分析和电场分析，在小电流接地系统的稳态分析基础上，在不考虑线路和负载之间的互感影响元素背景下，针对配电线路附近电磁场实施仿真接地探测，具体如图2 所示，能够获得三相电流和电压构成的磁场、电场以及零序电流、零序电压所形成的磁场和电厂拥有替代性结论，将五次谐波电压电流的磁场和电场当成检测信号，针对故障点进行合理定位与检测，能够进一步证明空间电磁场对于故障点和故障支路的探测可行性。

2.2 故障接地相和故障支路识别方法

在小电流接地系统产生单相接地故障后，便会形成涵盖多样故障特征突出暂态过程。通过针对小电流接地系统创建数学模型，能够对故障形成的前数个周波暂态信号波形进行合理仿真，从而对系统不同支路负荷电流所形成瞬时波形畸变进行准确检测，随后针对接地故障出现时电流暂态信号实施小波分解，能够获得健全支路和故障支路三相电流能量时谱，最终获得故障出现后，一周之内的波内能量积分小波能量接地选线判断依据。在负荷电流内对故障频带特征进行直接分析，对瞬时特征进行直接提取，便能够在不影响系统稳定运行下，对故障接地相和故障支路进行准确识别判断。除此之外，融合专家系统、模糊识别、神经网络等先进技术，可以有效应用到某些工况较为复杂，存在较大分散性的配电网内，实施系统故障检测，能够帮助小电流接地优化选线水平，准确进行故障定位[3]。

小电流接地系统在出现单相接地故障后，会产生某种暂态过程，特别是暂态接地电容电流，该过程内涵盖明显故障特征，在从前分析过程中，容易忽略相关特征，而小波理论诞生为故障选线提供便利。本节针对小电流接地系统创建了相应的数学模型，通过仿真获得故障出现前数个周波暂态信号波形，通过针对接地故障对应时刻信号实施小波分解，最终得到以小波能量为基础的接地选相选线判据，而小电流接地模型具体如图3所示：

图3 小电流接地模型

经过系列仿真结果能够发现，在产生接地问题后，尽管不会对系统运行产生任何影响，但系统各个支路负荷电流瞬时形成波形畸变。针对故障后首周波信号实施傅里叶转化，信号频率于23 赫兹左右频谱出现细小峰值。结合小波转化提取频率成分，能够针对故障特征进行准确识别。

3 分析系统故障检测和继电保护

3.1 综合故障分析系统

相关分析系统可以帮助调度人员快速获取准确、精细化的故障位置、保护动作状况、开关跳闸、简要故障信息，从而助力快速提出系统恢复决策，同时还可以为相关专业继电保护技术人员提供各种有效的参考信息，包括不同保护装置故障中的详细行为动作、故障分量对保护装置的威胁影响以及故障中的电压和电流变化等专业信息。系统可以促进就地站保护和故障录波器时钟之间实现同步操作，同时还可以帮助站内实现自动化监控提供基础参考信息，借助故障录波器以及地站保护针对相关数据信息实施智能化处理，促进不同设备彼此数据传输顺利实践规约转换，充分满足不同工作对象现实需求。还可以借助双端故障测距优化测距准确性，可以为MIS 系统提供相应的数据交换和数据接口，保证系统数据传输的灵活性。

3.2 继电保护和故障检测

综合故障分析系统的故障检测和继电保护主要可以分为以下几点内容：

第一是网络化故障检测和继电保护，微机保护装置实现网络化发展，能够支持电力系统针对继电保护中关键设备各环节保护装置实施纵联串联和差动保护，主站负责进行统一管理，提供数据传输、处理等通信服务。能够联系继电保护装置相关电气量，针对故障位置进行快速判断和检测，掌握故障参数、形成原因、性质以及具体位置等信息，朝相关保护装置传输命令，将其中故障元件进行快速切除，降低故障覆盖范围。

第二是自适应控制下的继电保护和故障检测。自适应继电保护可以针对电力系统运行中所形成的故障特征和运行方式变化进行实时检测，同时能够联系具体变化对保护特性、定值和保护性能进行自动化改变，从而更好适应电力系统所出现的不同变化，有效改善输电线路距离保护、变压器保护、发电机保护、自动重合闸以及变压器保护等系统保护性能和系统响应。

第三是人工神经网络下的故障检测和继电保护，人工神经网络相关继电保护以及故障检测主要是以生物神经科学为基础诞生的。人工神经网络进行故障检测主要是以生物神经系统为基础，借助模糊逻辑、遗传算法、进化规划相关智能化技术手段，针对电力系统进行合理保护。结合其自适应、自学习、自组织以及并行处理、模式识别功能和分布式信息存储等特征，借助人工神经网络针对故障距离、故障类型进行准确判断，从明确主设备保护以及相应的保护方向。比如借助BP 模型针对方向保护进行准确判断，从而对故障所处方向进行准确、快速判断，做好高压输电线路相关方向保护工作。

结束语

综上所述，电力系统的稳定安全运行关系到整个城市的正常生活。为此电力企业需要不断强化机电波保护，合理进行故障检测。为了进一步优化故障检测质量，应该促进故障检测方法的全面创新，促进继电保护和电力系统朝着网络化、智能化和自动化方向发展，保证电力系统的运行可靠性和稳定性。