电力设备继电保护故障原因分析及技术处理

国网安徽省电力有限公司利辛县供电公司 冯建华 罗 斌 赵 杰

1 引言

当前，电力设备逐渐朝向多功能、大体积方向发展，对电力稳定运行提出更高要求。通常在电力设备中会安装相应的继电保护装置，对提升电力运行安全性与稳定性有着明显作用。然而在继电保护装置运行期间，也会受到设备、产源以及电力运行环境等因素影响出现故障隐患，因此有必要针对电力设备继电保护装置故障类型及处理技术展开针对性探究，明确故障处理要点，进而构建起安全、稳定的继电保护系统。

2 案例介绍

某110kV 变电站运行期间，站内继电保护装置长时间处于高峰运行状态下，导致出现不同程度的烧坏情况，影响到其内部控制元件及继电保护设备的正常运行。技术人员经过现场检查，发现存在的继电保护故障包括线路烧毁、元件受损以及系统故障等，同时在上述故障的共同作用下导致电力设备运行效率降低、供配电传输不稳定[1]。

3 电力设备继电保护原理与要求

3.1 电力设备继电保护原理

随着我国电力技术的发展，各类继电保护装置得到广泛运用，在保证电力系统传输安全性与稳定性中发挥重要作用。作为电力系统中的重要组成部分，整套继电保护装置构成包括测量元件、逻辑环节以及执行输出，其运行结构原理如图1所示。具体来看，测量元件的功能是测量被保护电气元件的物理参量，通过数据比对与分析调整保护装置的启动情况。例如，测量元件可测量电力设备参数并生成数据表格，通过数据分析得到设备的故障状态；逻辑环节的功能是识别已经出现的故障，发挥继电保护装置的故障识别作用，根据具体的故障类型及故障范围来控制断路器跳闸、发出信号等动作；执行输出是通过执行输出模块对数据结果进行表达，技术人员可通过执行输出模块传递的指令完成保护装置系统功能。

图1 继电保护系统结构

3.2 电力设备继电保护要求

电力设备运行期间，继电保护装置的运行要求包括以下几方面：一是可靠性。继电保护装置系统运行期间需要根据要求设定顺序动作，确保在发生故障时可及时将设备与故障线路断开。二是选择性。在出现故障时，继电保护装置可以借助断路器隔离故障，同时启动失灵保护起到避免越级跳闸的作用。三是灵敏性。若设备保护范围内出现接地或断路故障，可通过继电保护装置完成灵敏度设置，保证故障设备接触的安全性。四是速动性。一旦出现故障，继电保护装置可在第一时间隔断故障点，采取针对性技术手段消除故障风险。

4 电力设备继电保护故障类型

4.1 运行故障

继电保护装置经过长时间运行后，其局部温度将明显提升，导致装置失灵，难以避免电力系统中故障问题的出现。继电保护装置运行故障集中表现在主变差动保护开关拒合，受二次电压回路影响，削弱了电压互感器内部部件性能，而继电保护设备保护动作仍处于初始状态，进而导致电力设备故障的出现。

4.2 产源故障

产源故障主要受到继电保护装置生产质量影响，电力设备运行期间，对继电保护装置部件材料、精度等均提出较高要求，若存在质量不达标或精度不合格等情况就会增加出现故障问题的概率。与此同时，继电保护装置运行质量还会受到晶体管性能的影响，一旦出现质量问题就会导致装置运行不协调，甚至出现拒动故障。

4.3 设备故障

设备故障是继电保护故障中的常见类型，当前在继电保护装置运行期间，相关工作原理已经相对成熟，采用的故障检测方法也较为类似，最主要的差异就是继电保护装置工作负荷。因此在对电力系统安装继电保护装置时，应根据具体的工作负荷选择合适的设施。然而在实际运行期间，若个别设备出现问题将会影响到整体继电保护系统的运行，导致工作质量与效率大幅降低。

4.4 电流互感饱和故障

继电保护装置运行期间，其设备终端负荷会随着用电需求的增加而增加，当达到一定限值时就会导致电力系统出现短路问题。在线路故障状态下，短路电流与电流互感器呈现出线性正相关关系，随着电流增加，保护装置的灵敏程度会降低，短路故障指令的执行也会出现滞后问题[2]。电流互感器饱和状态下的电流波形如图2所示。

图2 电流互感器饱和状态下的电流波形

4.5 开关保护设备故障

设备运行实践中，常见的开关设备故障类型为继电保护装置与电力系统不匹配，不满足电力系统的工作强度，因此在选用继电保护装置时应确保与电力系统工作负荷相适应。现阶段，人们生活中的用电需求大大增加，电力系统用电负荷增加后并没有及时更换匹配的继电保护装置，导致装置运行期间存在老化、超负荷等问题，进而降低了继电保护装置精度，并对电力系统稳定运行带来不良影响。

5 电力设备继电保护故障的处理技术

5.1 加强电力设备的日常巡查

技术人员应针对电力设备运行状态做好日常巡查工作，做到以直观检查法为核心，根据继电保护装置颜色、气味等判断是否出现故障问题。通常情况下，直观检查法可以应用在专业电子仪器的测试和检查中，进而对继电保护故障类型进行判断与分类，再根据故障的轻重缓急提出解决方案，进而从根本上杜绝该类型故障的再次发生[3]。

5.2 做好保护性检修工作

保护性检修工作主要是进行元件的检修与更新，这也是电力系统运行期间解决继电保护装置故障问题的重要方法。在此期间，技术人员应定期对继电保护装置的各类电力元件进行检查，同时对存在严重问题的元件进行及时更换，确保电力设备和继电保护装置处于安全、稳定的运行状态。在开展保护性检修工作时可采用直接处理法，即通过直接的、针对性强的手段进行故障处理，这种方法同样还适用于不能通过仪器设备进行故障类型检测的情况中。

5.3 完善继电保护管理体系

为加强继电保护装置的验收试验与故障分析，应针对电力设备运行状态落实完善的继电保护管理体系。首先，针对继电保护装置故障检修落实责任规章制度，技术人员保证在制度指导下完成故障的发现、分析、解决及统计，从而为电力系统的稳定运行提供保障。其次，针对相关工作人员落实相应的培训工作，促进其专业能力与岗位素质的提升。电力系统运行期间，很多故障都是由于技术人员操作不合理，不仅影响到电力系统的正常运行，还会给人员人身安全带来威胁。因此有必要加强技术人员的技术培训与安全教育工作，在提升操作规范性的同时树立安全生产意识，促进技术人员专业水平的提升。最后，还应对电力设备监控系统进行改造升级，保证可及时获取设备、系统运行状态，一旦出现故障可及时采取相应的解决措施。

5.4 落实多元化故障处理方法

除了上述技术方法外，在发挥机电保护装置作用期间，还应对多种技术手段实现综合运用。

一是置换处理法，即通过运行稳定、性能良好的设备替换故障设备。当设备出现故障后，技术人员应在第一时间判断其故障类型与故障范围，并针对某一部件进行替换。当前，置换处理法得到了较为广泛的应用，在使用该方法后，若设备恢复正常则说明被替换部件存在故障；若设备仍无法正常运行，说明需要进一步对其他部件进行检查。

二是参照对比法，这一方法的应用需要以明确继电保护装置中的正常与不正常设备为基础，进而对二者的技术参数进行对比分析，进而为故障点分析提供数据支持[4]。当前，参照对比法主要应用在因电路交互导致的接线错误检查中，值得注意的是，受到继电保护装置复杂性影响，导致数据获取精准性难以得到保障，为缩小测试值与实际情况的差异，应采取定值检测进行辅助。

三是设备状态检修法，即将状态检修技术应用到继电保护设备检修中，及时处理故障问题，同时消除风险因素，为设备及人员安全提供保障。以往在进行装置检修维护时，技术人员往往要面临强度高、工作量大、危险性高的问题，随着设备检修装置的引入，可以有效解决上述问题。在设备检修技术的应用下，可以实时获取电力设备的运行状态，既保证了检修工作频率，又可以为生产计划的制定提供参考。

除此以外，技术人员通过对设备运行状态及监测结果进行分析，可以有效促进继电保护装置运行质量的提升。

5.5 加强继电保护信号传递

结合上述内容可知，继电保护装置故障问题不仅影响到电力系统的正常运行，还会导致电力用户用电水平降低。这说明应进一步加强对继电保护装置的应用，做好故障识别与处理工作。

根据110kV 变电站运行故障问题，应开展相应的变电站改造工程，在此期间比较关键的就是加强通信技术的应用，起到调整继电保护装置控制信号、优化信号传递的作用。电力设备运行期间，技术人员往往需要通过继电保护故障信号进行故障判断，因此可以将无线通信技术引入其中，在保证安全、稳定的环境下实现故障识别。

与此同时，在无线通信技术的应用下，可以进一步增强继电保护装置信号传递，将获取的数据信息传递至控制中心，技术人员则通过显示装置获取设备运行状态。此外，通信技术在控制系统中还发挥了重要的传输作用，在正常运行状态下，通信技术可完成参数数据的传输与存储；而异常状态下可发出警报提醒技术人员。就当前的继电保护装置控制系统运行情况来看，无线通信模式凭借其准确性强、操作简便、远程控制等优势得到广泛应用，为继电保护装置控制技术升级提供保障。

6 结语

继电保护装置就是根据电力系统参数变化判断其运行状态，并为技术人员检修操作提供依据。日常在进行继电保护装置维护和故障排除工作时，应重点分析故障形成的原因，提高检修方案技术含量，根据具体的故障状态提出切实可行的解决措施。在此期间，应通过综合性技术手段提高电力设备继电保护装置故障的维修效率，为电力系统工作运行提供更加安全、稳定的环境。