继电保护二次回路检修与维护方法分析

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电力系统中的各种电气装置、线路、连接触点等在过电压、过电流以及环境因素的制约下会逐渐发生多种故障，而继电保护装置的作用则是在电力系统运行异常的情况下触发特定的保护性措施，避免这些故障因素对系统电气设备造成严重的危害。继电保护二次回路故障主要反映在测量、控制等二次设备上，对其检修和维护策略加以深入的研究，将会产生非常积极的电力系统监控和管理效果。

一、继电保护二次回路概述

电力系统中的各种电气设备和电气元件在运行过程中可能会出现异常或者故障，常见的故障和异常现象包括断线、短路、过热、过载等。继电保护的主要功能是检测这些故障因素并根据故障情况发出报警信息或者触发断路器跳闸，以上就是电力系统中继电保护的主要作用。在工程实践中主要利用继电器及其附属设备来实现这些功能[1]。电力系统中的设备按照功能可分为一次设备和二次设备，而继电保护基本属于二次设备的范畴，继电器以及各种配套的测量仪表和仪器共同构成了继电保护二次回路，具体情况可参见表1。二次回路的主要作用是测量、调控以及保护一次设备，继电保护装置是二次设备中非常重要的一个组成部分，继电保护装置分类如表2。

表1 一次回路和二次回路的区别

表2 电力系统常见继电保护装置类型

二、继电保护二次回路常见故障

（一）电源故障

继电保护装置运行时所需的电力能源主要由交流电保安电源系统和直流电源系统来提供，但是这种电源并不能直接满足继电保护装置的使用需求，因为这些装置内部设计有复杂的电子电路系统，集成了各种类型的元器件，电源系统提供的电能要经过稳压电源的处理，主要是将电源系统提供的电力能源转换成适应这些电子电路元器件工作特点的稳定电源。电源系统在故障情况下会停止运行，主要的监测指标为过电流和过电压。当故障原因消除之后还要由技术人员将其复位，然后才能继续使用。当电源出现故障并停止工作时会表现出指示灯熄灭、自动闭锁[2]。

（二）线圈受损

使用最为广泛的电磁继电器中包含了簧片、衔铁、线圈绕组以及铁芯等重要的构成部分，当电流通过线圈时会产生电磁场、引发电磁力，衔铁和簧片在这种作用力的影响下发生特定的位移，进而实现继电器的特定功能。线圈受损是继电保护装置二次回路故障的常见起因。继电器线圈受损的常见原因如下：1）供电不足。由低电压引发的电力供应不足可造成线圈功能异常，如电磁场强度下降，不能触发衔铁和簧片的动作；2）断线。过大的电压和电流有可能导致线圈热熔断；3）正负极接反。二极管继电器对线圈的正负极接线具有精确的要求，接反之后就不能完成规定动作；4）绝缘下降或受损。继电器中使用的线圈都设计有专门的绝缘保护层，当线圈在工作状态下会发出热量，长时间的作用会造成其绝缘性能受到很大的损失，甚至极度劣化[3]。

（三）连接故障

第一，触点粘连。继电器的连接点（触点）在加载和断开的一瞬间会受到较大的电压和电流作用，而触点本身也是金属材料制成，当电压值达到一定的程度时，可能造成触点金属材料冒火花，进而使空气的有机物形成黑色的异物并粘附在触点的表面，长期的积累之后就会造成触点粘连的问题[4]。造成这一现象的常见原因包括负荷容量或者开关频率超过继电器的设计范围。另外，及时不存在超范围运行的情况，但长期的积累依然会造成粘连的情况，使用时不能超过继电器的使用寿命。第二，触点接触不良。这种现象会造成继电器的功能出现极不稳定的情况，而接触不良的诱因也包括多种类型，如接触点腐蚀、接触部位存在异物干扰，而继电器工作的环境也会对其接触效果产生一定的影响，例如，继电器在振动情况下工作时就容易出现接触不良。

（四）隐性故障

所谓隐性故障指的是电力继电保护装置从表面上看并不存在明显的故障，而其运行状态也基本比较稳定，但实际上某些关键的继电保护装置已经衍生出潜在的故障隐患，只是暂时还未引发显著的问题。隐性故障主要集中在接线端子的腐蚀、逐渐粘连，电压互感器和电流互感器等设备也可能潜藏着故障风险。通常过电压、过电流以及环节过热等是诱发隐形故障的主要原因。

（五）继电保护装置元器件故障

继电器保护装置及其附属的配件中存在一些电子元器件，而这些装置在电压、电流以及高温环境的影响下会逐渐出现故障。有些地区的空气非常潮湿，水分较大，并且还会存在较多的盐分，这种带有一定腐蚀性特点的空气环境会损害继电器的内部元器件，还有些地区非常干燥，空气中的粉尘颗粒物含量非常高，这也是造成继电器受损的常见因素。

三、继电保护二次回路的典型检修方法

第一，电流检修。差动保护装置在是继电保护中非常重要的一种类型，发电机、变压器以及电动机等电气设备都要设置专门的差动保护装置，在具体实施中主要依据流入电流互感器（TA）的两端矢量差值来作为触发动作的依据[5]。这种保护方式的理论模型是电气设备本身可作为一个回路中的节点，那么从这一节点中流入和流入的电流应该是一样大的，差动保护装置设计有整定值，将其与差动电流进行比较，一旦差动电流超过这一整定值，就会触发断路器跳闸。由此可见，电流互感器对差动保护装置的正常动作具有非常关键的作用，现阶段使用最广泛的是D级电流互感器，在检修和维护电流互感器的过程中要确保其最大的运行电流满足差动保护的要求，也就是让差动保护的二次回路的电流整定数值处于合理的范围之内。这是避免故障的重要措施。

第二，负荷检修。利用电磁感应原理来工作的电流互感器会因为过负荷而产生一定的故障，最为常见的问题是铁芯磁通量达到过饱和状态，进而使电流误差增大，表针的指示也会受到很大的影响。另外，磁通量的增大会进一步使电流感应器中的二次绕组和铁芯发热，设备绝缘层受到这种热力作用的干扰，使其绝缘层加快老化，进而造成互感器出现故障并导致电力事故。因此，在检修和维护电流互感器的过程中必须严格检查和调整其负荷水平。电流互感器的精确度还和外界磁场、工作环境的温度、一次电流、接触电阻等因素有关，尽可能减小励磁电流是一种有效控制电流互感器误差的措施，具体策略是采用电阻值低的电缆代替电阻值高的电缆，因而电流互感器应该使用弱电控制的方式，因为此时的电阻值将更小。在其日常运行的过程中也要开展定期的状态检查。

第三，各装置质量检修。如图1所示，继电保护装置的构成存在三个相互关联的部分，无论是测量、逻辑，还是执行部分，都由特定的电子元器件来完成某些功能，但是在实际应用的过程中这些元器件会因为各种因素而出现故障，例如，元器件到达使用寿命、过电压、过电流等都会损害其正常的功能，进而影响二次回路的正常运行[6]。因此，在日常检修中要重视对各种电子元器件的检测和维护。重点是检查其运行环境以及各种参数的范围。

图1 继电保护的三个组成部分

第四，系统回路检修。继电保护二次回路由电源、控制线、测量装置、执行装置等构成完整的回路系统，在开展检修工作时首先是确保其在结构上的完整性，这一点可参考专门的设计图来完成，设计图中以符号和文字等形式明确地说明了系统的构成要点。在回路结构完整的基础上还要进一步检查其整体的设计功能是否满足要求。继电保护回路在检修和维护的过程中还可借助计算机模拟的方式来检查其合理性，这种技术措施能够为调试工作带来很大的便捷性。

四、典型继电保护二次回路故障的检修和维护措施

（一）直流接地故障的处理方法

第一，故障描述。当变电站的直流两点接地存在故障时有可能导致断路器出现拒动或者跳闸的不利情况，属于直流接地故障的范畴。电缆线芯的绝缘层破坏、接线端子的绝缘层老化等是造成直流接地故障的常见因素。另外，变压器本体保护的二次接线盒有可能在环境因素的作用下出现潮湿、进水的问题，其整体的绝缘效果也会受到一定程度的影响。

第二，检修方法。在处理此类问题时要将绝缘性能检测和设备防潮作为重点，设备端子接线箱、变压器本体二次接线盒以及机构箱等部位容易受到潮气的影响，因而要检查其防雨防潮措施是否满足要求。同时还要加强对电缆绝缘性的检查工作。

（二）继电保护装置误动或拒动的处理方法

第一，继电保护装置的测量准确性与交流电压电流回路的正确性具有非常密切的联系，因此，当该回路的接线方式发生变化之后，必须按照技术规范重新检查回路的接线方式是否存在错误。当其出现接线错误时会造成继电保护装置在关键时刻不能做出正确的动作，也就形成了拒动或者误动之类的故障。

第二，交流电和电流二次回路在无接地的情况下会产生比较显著的感应电压，并且这种电压值会达到较高的水平，为了避免此类问题的发生，在工程实践中必须对以上回路设置专门的接地，并且采用一点接地的方案。

五、结束语

继电保护二次回路的故障主要集中在电源损坏、接触不良、接触点粘连、元器件受损以及隐蔽性故障等，这些问题的出现将会严重制约电力电气系统的稳定性、损坏电力设备以及产生安全隐患。电力企业在管理过程中必须采取有效的措施来处理继电保护二次回路中的常见故障因素，将电流检测法、负荷检测法、系统回路检测法等综合地应用起来。