电力系统继电保护二次回路的检修策略探讨

徐琳玮，顾文侃，陈志樑

（上海市电力公司浦东供电公司，上海 200125）

0 引 言

随着电力系统的规模不断扩大和复杂度不断增加，对运行安全性和效率的要求也在不断提高。作为电力系统保护设备的重要组成部分，继电保护二次回路的状态直接影响到电力系统的稳定运行。然而，现行的维护策略往往忽视一些潜在的问题，如设备老化、环境因素以及随机故障等，可能导致二次回路的故障和误动作，影响电力系统的安全。因此，探讨更有效、更精确的检修策略，对于提高电力系统的运行安全性和效率具有重要意义。

1 继电保护二次回路的架构与功能

1.1 继电保护二次回路的架构

继电保护二次回路是电力系统中的一个关键组成部分，其架构如图1 所示。其中，200 kV 电流互感器（Current transformer，CT）在二次回路中起到关键角色，它可以将高电流转换成可由继电保护设备处理的低电流；端子箱作为连接各种设备和元件的节点，对于电气信号的传输和分配具有重要作用；电缆沟用于安装和保护运行中的电缆，避免因外部环境因素导致电缆损坏和性能下降；保护室是装置各类继电保护设备和辅助设备的场所，其环境和条件直接影响设备的运行状态和寿命；电压并列柜用于连接和切换电力系统中的电压路，使系统在正常或异常情况下，都能保持电压的稳定与连续供电[1]。

图1 继电保护二次回路的架构

1.2 继电保护二次回路的基本功能

继电保护二次回路的基本功能主要包括故障检测、故障判别、故障隔离以及故障报告。这些功能是通过继电保护二次回路中的电气参数（如电流、电压、频率等）进行监测和分析实现的。具体来说，假设电流为I，电压为U，频率为f，那么进行故障检测，则是通过监测电流I、电压U、频率f等电气参数的变化，判断电力系统是否存在异常或故障。例如，当电流I超过预设的阈值I0时，可能表明电力系统中出现故障。在发现电力系统中可能存在异常或故障后，通过进一步分析电气参数的变化特性，确定是否真的存在故障。如果电流I持续超过阈值I0，并且电压U下降，频率f也发生变化，那么可以判定电力系统中确实存在故障。在确认电力系统中存在故障后，通过控制电力系统中的断路器或开关等设备，将故障部分隔离，防止故障扩大[2]。如果判定电流I来自于某一段电路，那么就可以通过控制这段电路的断路器，将其切断，实现故障隔离。在故障发生并被隔离后，通过通信设备，将故障信息报告给控制中心或运维人员，以便采取进一步的处理措施。

2 继电保护二次回路的常见问题分析

2.1 继电保护二次回路故障的常见表现

继电保护二次回路故障的常见表现主要包括以下几点。一是误动作，在没有任何故障或者异常情况下，继电保护二次回路却触发了保护动作，这是非常危险的，因为它可能导致整个电力系统的停电或者部分电网的断电，对电力系统的稳定运行产生严重影响。二是不动作，在电力系统中出现故障或者异常时，继电保护二次回路却没有触发保护动作，也就是所谓的“保护失灵”。这种情况也非常危险，因为它可能导致故障扩大，甚至可能引发电力系统的大规模事故。三是延迟动作，继电保护二次回路在电力系统出现故障或者异常时，虽然能够触发保护动作，但是反应速度过慢，不能在第一时间将故障部位隔离，这可能导致故障扩大，对电力系统产生更大的破坏。四是参数异常，这是指继电保护二次回路中的各种参数，如电流、电压、频率等，与正常工作时的参数存在明显的差异，表明二次回路中可能存在一些问题或者故障。五是元件故障，二次回路中的继电器、断路器、电缆等元件出现故障或者损坏，可能导致二次回路的整体性能下降，甚至无法正常工作[3]。

2.2 故障原因分析

继电保护二次回路故障的原因较多，其中设计失误，如保护逻辑错误或参数设定不当，可能导致保护反应不准确，引发误动作或保护失效。受长期运行和环境因素（如温度、湿度、化学腐蚀）影响，元件老化，导致性能下降或完全失效。此外，外部干扰包括电磁干扰、雷击、动物侵扰等都可能妨碍二次回路的正常运行；人为操作失误，如误操作、程序不当、维护不足等，都可能触发二次回路故障；隐藏故障如线路绝缘破损或接触不良可能导致二次回路部分功能失效。这些故障产生因素可能单独或混合出现，从而引发继电保护二次回路故障。

3 继电保护二次回路的检修策略

3.1 现行的检修策略概述

现行的继电保护二次回路检修策略主要是基于经验和定期维护的模式进行，依赖于电力系统运维人员的经验和技术能力，通过对二次回路的日常监测和定期检查，发现并处理可能存在的问题与故障。在设定的维护周期（如每年或每2 年一次）内进行全面的二次回路检修，包括清洁、紧固、测量以及测试等各项工作。同时，如果在日常监测或定期检查中发现二次回路存在严重问题或故障，立即进行必要的检修。这种检修策略在一定程度上保证电力系统的稳定运行，但也存在一些问题，如维护工作量大、维护周期长、对运维人员技术能力要求高等。

3.2 检修策略的优缺点比较

基于经验和定期维护的检修策略作为最早的维护策略之一，具有一定的优点和明显的缺点。其优点主要为易于规划和实施，因为维护工作是定期进行的，所以可以预先制定维护计划，并按计划进行工作，有助于避免由于突发故障等情况导致的紧急维护。此外，这种策略的操作相对简单，不需要复杂的技术知识和设备状态监测，只需依据固定的时间间隔或设备使用情况定期进行维护。然而，该策略的缺点也非常明显。首先，无法进行针对性维护，因为通常不会考虑设备的实际运行状态，导致维护过度或忽视维护等问题。其次，该策略的资源利用率相对较低，可能会在设备尚未出现问题时就进行维护，导致维护资源和时间的浪费，并可能提前降低设备的使用寿命[4]。最后，可能会忽视临时出现的问题，如果设备在2次维护期间都出现故障，则可能无法及时发现和处理。

4 创新检修策略的应用

4.1 基于数据分析的预测性维护策略

基于数据分析的预测性维护策略是一种创新的检修策略，这种策略利用现代数据分析技术，对设备运行数据进行深度分析，以预测设备可能出现故障的时间，从而进行预先的维护，防止故障的发生。这种策略的关键在于数据的收集和分析。一方面，需要对设备运行中的各种数据进行实时监测和收集，包括设备的工作参数、环境参数、设备状态信息等。另一方面，将这些数据通过高级数据分析技术进行处理和分析，如大数据分析、机器学习、深度学习等，以建立设备故障预测模型。这个模型可以根据当前的设备数据预测设备在未来的运行状态，如果预测到可能出现的故障，就可以提前进行维护，从而避免故障的发生。

4.2 基于数据分析的预测性策略的实施步骤

在电力系统继电保护二次回路的检修中，基于数据分析的预测性维护策略被认为是一种有效的、创新的检修策略，其实施步骤如图2 所示。

图2 基于数据分析的预测性策略的实施步骤

首先，这种策略的实施需要对继电保护二次回路的运行参数、设备状态信息、环境参数等进行实时监测和数据收集，确保收集的数据全面、准确，这是该策略的基础。其次，对收集到的大量数据进行深度清洗，排除噪声和无关数据，以保证后续数据分析的质量。最后，借助现代技术如大数据分析等工具，对清洗后的数据进行深入的分析和挖掘，通过对设备运行数据的分析，揭示设备运行中的隐藏规律，并据此建立预测模型。有了预测模型，就可以根据实时监测的设备状态数据，预测设备在未来一段时间内的运行状态，及时发现可能发生的故障，并提前进行预测性维护，防止故障的发生，保障设备的稳定运行[5]。当然，这个过程是持续的，需要对预测性维护的效果进行定期评估，对预测模型和维护策略进行不断优化，使其更好地适应设备的运行状态，提升维护效果。

通过这种基于数据分析的预测性维护策略，实现对设备故障的预防，而非事后的修复，提高设备的运行效率，降低检修成本，具有很好的应用前景。

4.3 基于数据分析的预测性策略的效果分析

基于数据分析的预测结果如表1 所示，由其中的数据可知，基于数据分析的预测性策略在电力系统继电保护二次回路检修中的应用取得了较好的应用效果。这种策略通过收集和分析大量运行数据，有效预测了各类继电保护设备可能发生的故障类型，以及故障发生时电流和电压的变化情况。

表1 基于数据分析的预测结果

首先，从预测故障类型来看，基于数据分析的预测性策略准确地预测了4 种继电保护设备的故障类型，如交流继电器的瞬时过电流故障、过电压继电器的电压过高故障等。这种预测对于提前预防故障的发生，以及对故障快速定位和处理具有极大的帮助。

其次，从电流和电压的变化来看，基于数据分析的预测性策略对电流和电压的变化有着较高的预测准确度。例如，对于交流继电器而言，预测的电流变化为+15%，实际的电流变化为+17%；预测的电压变化为-2%，实际的电压变化为-1.5%。这些精准的预测数据可以帮助及时发现和处理潜在的问题，从而保证电力系统的稳定运行。

最后，从预测准确度来看，基于数据分析的预测性策略表现出较高的准确度。在4 种继电保护设备中，最高的预测准确度达到了100%，最低的也有80%，平均预测准确度达到了88.75%。这表明，基于数据分析的预测性策略具有很高的可信度，是一种非常有效的继电保护二次回路检修策略。

5 结 论

在电力系统的稳定运行中，继电保护二次回路发挥着至关重要的作用。本研究对二次回路的架构、功能、常见问题及其故障原因进行了深入分析，并针对现行的检修策略进行全面的概述及优缺点比较。在此基础上，进一步引入基于数据分析的预测性维护策略，并通过详尽的实施步骤和实际数据验证了其效果。结果显示，该策略能够有效预测故障类型和电流、电压的变化，从而显著提升检修的效率和准确度，为电力系统的稳定运行提供保障。