继电保护中开关电源的故障分析及改进策略

国网河北省电力有限公司检修分公司 崔宇杭 尚 柳 王会增

近年我国整体经济实力的不断攀升，科学技术水平也在不断提高，使得各个领域的用电量也在直线增长，为满足电力用户的用电量及用电安全，电力企业开始逐渐关注继电保护开关装置的研发工作。继电保护开关电源装置的可靠运行能保障保护装置的平稳运行，有效确保电力运输过程的安全，促进电力行业的安全稳定发展。

1 继电保护中的开关电源

继电保护装置作为应对各种输电问题的电气突发故障保护装置，其自身性能影响着一个电气系统的运行稳定性。在进行设计电气保护系统时，必须对继电保护的电源进行严格的挑选和设计。怎样科学的对开关电源进行故障检测、分析以及改进，是确保继电保护装置能否安全运行的基础，也是发挥继电保护功能的重要环节。因为开关电源的外部结构和元器件的组合相对简单，在出现故障或对设备进行检测时的难度不高，方便检测人员进行检查维修[1]。

继电保护开关电源具有高效高性能的特点。因为电气系统布局所处环境各不相同，并且要求开关电源需长时间不间断的处于运行状态，所以对于大功耗的工作系统而言，极易引发开关电源的元器件因长时间积压负载引发的击穿或烧毁。因此使用低功耗、高效率的开关电源元器件能够对电路系统起到重要的保护作用。

继电保护中开关电源具有便于安装的特点。继电保护中开关电源的另一作用是从电网中获取电能，再利用自身的滤波系统对电能进行整理，依据使用要求不同进而输出不同的电压。随着我国近几年的工业发展，使得变压整流方法得到很大的改变，最直观的是将原有的大体积工频变压设备进行了精简，以安装更方便、运输更快捷、低成本的开关电源进行了取代。新型的开关电源具有整体体积偏小、成本低、质量轻的特点，并融合了工频变压的全部功能，通过开关电源自身性能，新型的继电保护装置完全可以摆脱工频变压的所有问题，以全新的形态应对各种不同环境下的安装需求[2]。

2 开关电源的故障现象与分析

2.1 输入电源波动引起故障

输入电源波动引起的故障现象：当外部开关电源瞬间输入较大的电压时、或突然断开输入电源时开关电源会立即停止工作，在电源恢复到稳定的输入后开关电源也不会恢复正常工作状态，对输出端口进行检测显示没有电流输出。只能利用手动断电重启后，才可以使得开关电源恢复工作能力[3]。

故障分析：在对设备故障进行分析前需对开关电源的专业知识有充分了解，能够对设备正常运行的逻辑和系统设计的自我保护理念进行分析。利用手动或给予开关电源正常的电流输入后，依据开关电源的设定图找出输出的时序信号以及找出输出的延时标准，在输入电源电压过低时，开关电源的自我保护程序在接收到的任一输入值达到欠压的额定标准时就会自动启动欠压保护措施，以保证开关电源不会被损坏。而在开关电源的程序设计上没有写出自动复位的命令。因此，可以此为依据判断故障的原因是否为输入电源的波动问题引起的自我保护造成的开关延时功能没有及时对复位功能进行响应，导致再次接收到电信号输入时无法进行转化输出，使得开关功能进入到休眠状态。

2.2 启动过载故障

启动故障故障原理：开关电源芯片都设有对额定功率和额定电压的数值。当电能输入稳定时，额定电流维持在一个相对稳定区间，使开关电源能够稳定工作。当电力输入的电压在逐渐增大时，经过开关电源的电流增多，超过额定电流的标准值时电源过载保护器开始警报并停止工作。

故障分析：对开关电源进行输入电流的不同区间实验对比，在输入不同电压时对开关电源启动的瞬间电流大小进行观察，通过对数据进行记录，查看开关电源在启动时的稳态电流增加到瞬间电流时的峰值数据并与额定的电流值进行比较，查看是否存在较大差异。通过实验的初步数据可以看出，开关电源额定报警电流值设置偏低，当输电线路电路启动时开关电源的内部运行需要消耗一小部分功率，这是在设计时没有全面进行考虑的结果，致使在电力通电后低功率引发的负载电流瞬间升高，导致了开关电源出现过载警报，进而停止工作。

2.3 输出波动过大问题

故障现象：在开关电源长时间使用之后会使元器件过热，导致出现输出电压不稳定、输出电压不平衡的问题，使开关电源工作异常。

故障分析：用示波器对整流滤波后输出的电压进行检测，通过示波器观察正负极的电流波形图是否处于正常区间。如果整流桥输出电流波形处于正常区间、而滤波后的电流曲线出现问题，说明是滤波内元器件出现了问题；如果整流桥输出的曲线超出正常区间，说明整流桥出现了老化、导致的输入输出之间电容不平衡问题。

3 改进措施

电源波动的改进措施：为降低继电保护开关电源出现不正常的工作现象，可在开关电源上安装电压侦测设备，并在延时电容上装备电子开关元件。这些方法都可有效保证保护开关设备能时刻处于安全稳定的运行状态，预防开关电源装置受到安全风险产生故障。并且不对电容器件上电子开关的工作状态进行严格的要求，可以保证延时电路能够长久发挥作用。

启动电流过大的改进措施：如输电线路开始通电工作后，发生流经开关电源的电流超过可承载量定值情况，在一定程度上是能引发设备电源功能损坏的问题。对此需根据以往修复工作的经验、再结合实际的工作需要对输出电压的大小进行控制，减少输入开关电源电流的大小，并要时刻对电压的数值进行监控，以确保开关电源能够安全稳定的工作。

输出电流继电保护系统：通过实验表明，输出电流继电保护诊断系统可以真正的控制输出电压不稳的问题。电力施工人员需根据实际现场的不同安装不同的电流继电保护系统，有效减少因电压不稳问题引发的安全事故，降低事故可能对社会造成的经济损失。继电保护诊断系统能对工作过程中产出的各项数据进行收集，再对这些数据进行整理分析，从而了解事故出现的原因并提出解决的方法。

注意检查继电保护开关中的隐蔽故障：通过对以往发生继电保护开关故障的数据进行统计分析，发现绝大部分停电事故都会与继电保护开关的隐蔽性故障有关。通常情况下这些故障具有较强的隐蔽性，在正常的情况下如果不仔细检查很难发现此类故障。对此，企业需建立专业的技术人员为继电保护装置进行定期的维护，针对装置内部的隐蔽故障进行检测排除，同时工作人员还要对维修数据进行收集，为再次出现此类事故提供数据支持。

4 结语

开关电源是继电保护中的重要组成部分，也是决定着继电保护系统能否正常运作的关键元素之一。因此对开关电源安装、设计以及检测维修时都需要十分谨慎，注重电流经过开关电源时所有可能产生的问题，保障开关电源能够正常运行，预防电力事故的发生。