继电保护和安全自动装置检验方法的研究

宁夏送变电工程有限公司 张 琛

电力系统作为现代社会的支柱，为各行各业的运行提供了不可或缺的能源支持。然而，这一系统的复杂性和高度互联性使其容易受到各种内外部因素的影响，从而导致事故和停电。为确保电力供应的连续性和稳定性，继电保护和安全自动装置成为不可或缺的组成部分。该两种装置的任务是快速检测电力系统中的故障，并采取措施以隔离问题，从而防止事故的进一步蔓延。

然而，受时间、环境和操作等多种因素的影响，继电保护和安全自动装置的可靠性和性能不是一成不变的。因此，对继电保护和安全自动装置进行定期检验和评估至关重要，不仅有助于发现潜在问题，还有助于验证装置是否能够在不同情况下正常运行。

1 继电保护和安全自动装置检验的关键问题

1.1 误动检测和排除

变压器负载、线路阻抗、电压水平等系统参数的突然变化或波动，可能导致保护装置错误地识别这些变化为故障，触发误动。电力系统中的谐波、电压暂降、电压浪涌等电源质量问题也可能导致保护装置误判为故障发生，进而产生误动[1]。如果通信网络出现故障或延迟，保护装置可能无法及时接收或传输信息，也可能导致误动。

此外，不正确的保护装置参数设置或逻辑错误也可能导致误动。这包括阈值设定、时间延迟和动作逻辑等。或者误操作、意外的人为干预以及控制室操作错误也可能触发误动。除此之外，保护装置的软件或固件可能存在漏洞或错误，导致不正确的动作。极端的环境条件，如闪电、强电磁场或恶劣天气也可能干扰装置的正常运行，引发误动。

1.2 参数校准和精度验证

随着时间的推移，电保护和安全自动装置的元件及部件包括电流互感器、电压互感器、继电器等设备会受到磨损或老化的影响，导致参数不再准确。同时，环境因素如温度和湿度的变化可能对电保护装置的性能产生影响。不适当的环境条件可能导致元件漂移或性能下降，需要校准来纠正这些变化。电保护装置通常依赖于电源供应，供电不稳定或受干扰可能导致装置性能不稳定，进而影响参数的准确性。

此外，制造和安装过程中的错误可能导致装置本身存在参数错误。例如，不正确的线缆连接、电源相位错误或组装问题可能影响装置的性能。操作人员在配置参数时也可能出现错误，如误输入数字、设置不正确的动作时间延迟等。这些人为错误可能导致装置不准确地响应电力系统的状态变化。

1.3 硬件故障检测

在制造过程中，一些缺陷可能导致硬件元件的质量问题，主要包括焊接不良、材料质量问题、元件设计错误等。电力系统中的电压暂降、电压浪涌、谐波和电磁干扰等问题也可能对装置的硬件产生不利影响，导致失效或性能不稳定。此外，不定期地维护或维修操作可能引发硬件元件的故障，或者突发的电气过载、短路或电流超负荷情况可能对电保护装置的硬件产生压力，导致其故障且性能下降。

2 继电保护和安全自动装置的检验方法

2.1 实验室测试

2.1.1 静态参数测试

静态参数测试的主要目的是验证继电保护和安全自动装置的设置参数是否正确，包括检查设备的阈值、时间延迟、动作逻辑等设置，并评估其性能是否符合设计要求。在测试开始前，需要确保装置的参数设置是正确的。包括输入正确的额定电流、电压、变比等参数，以确保装置的基本配置正确。静态参数测试通常涉及模拟不同电力系统状态和故障条件，例如模拟短路故障、过电流事件、电压暂降等，以检验装置的响应[2]。一旦测试条件设置完成，测试人员会记录装置的动作时间、灵敏度和准确性。静态参数测试还包括评估装置的响应时间，即从故障发生到装置启动动作的时间。

2.1.2 动态性能测试

动态性能测试的主要目的是验证装置的动态响应能力，确保其能够在电力系统中的各种动态事件下迅速而准确地采取行动，以保护电力系统的安全和稳定性。在测试中，模拟各种动态事件，如短路、过电流、电压暂降、频率偏离等代表电力系统可能面临的各种故障和异常情况。同时，记录装置的动作时间，即从动态事件发生到装置采取保护动作的时间。分析这些响应时间可以评估装置的快速响应能力。

再通过检查动作序列、阈值设置和保护逻辑的准确性等步骤验证装置的动作逻辑，确保其在不同动态事件下按照设计要求正确响应。如果在测试中出现误动，需要进行详细分析，以确定误动的原因。主要包括检查参数设置、环境条件、设备状态等，以采取纠正措施。对关键性能指标，需要进行多次测试以验证结果的一致性和可重复性，进而排除测试误差和随机干扰。基于测试结果，报告中应提供参数设置的优化、软件升级或设备更换等建议，以改进装置的性能和准确性。

2.2 现场测试

2.2.1 基本功能测试

首先确保所有电缆、连接器和继电保护设备都连接正确。同时，检查电缆的绝缘和外观，以保证继电保护设备的电源供应正常。然后验证继电保护设备的参数设置与设计规格是否一致，以及设备的保护参数、时间延迟和阈值等设置是否正确。在进行手动操作测试时，模拟故障情况，检查设备能否正确响应。并且测试不同保护元件的动作时间，以确保在故障时能够及时触发保护操作。如果继电保护设备需要与其他设备通信，如SCADA 系统或其他保护设备，还要保证通信通道正常工作[3]。再通过测试通信链路，确保数据传输准确和及时。此外，测试设备的告警功能、检查告警系统的设置以及模拟各种故障和事件，如过流、短路、地故障等，也是重要的测试内容。

其次记录每项测试的结果，包括动作时间、通信状态、告警和故障模拟的情况。如果测试发现问题，还需要记录详细的错误信息。根据测试结果，总结设备的性能和可靠性，并分析任何问题并提出改进建议。

2.2.2 额定工况测试

在进行继电保护和安全自动装置的额定工况现场测试时，要确保所有设备和系统处于正常运行状态，包括电源供应、控制系统和通信链路。核对相关文档，包括设计规格、设备参数设置和图纸。随后，验证继电保护设备的参数设置与设计规格一致，特别是保护参数、时间延迟和阈值设置。进行电流和电压测量，检查测量设备的准确性和校准情况。

在额定工况下，模拟各种故障和事件，如过载、短路、地故障等，观察继电保护设备的动作，确保其能够及时触发并按设计要求正常工作。同时，测试通信功能，确保通信链路正常运作，数据传输准确及时。验证告警系统，确保能够准确报告设备状态变化，并检查设置是否正确。记录每项测试结果，包括动作时间、通信状态、告警和故障模拟情况，以备后续分析。同时，根据测试结果总结设备的性能和可靠性，分析出现的问题并提出改进建议[4]。这一流程将确保继电保护和安全自动装置在额定工况下能够可靠运行，保障系统的安全稳定运行。

2.3 模拟仿真测试

2.3.1 软件仿真

在继电保护和安全自动装置的检验方法中，软件仿真测试是一项关键的步骤，用以验证这些设备在各种电力系统情况下的性能。以下是软件仿真测试的操作流程：选择适合的仿真软件工具，如ETAP、PSCAD 或DIGSILENT，以建立一个准确反映实际电力系统拓扑和参数的电力系统模型。接着，配置继电保护设备的参数，确保其与实际设备的设置一致。这包括各种保护参数，如过流、跳闸、差动等。

模拟各种故障和事件，如短路、过载、地故障以及线路断线等，以测试继电保护设备在不同情况下的响应，逐步调整仿真参数，以模拟不同故障类型和严重程度。分析仿真结果，包括继电保护设备的动作时间、动作特性以及设备之间的协同工作。这有助于验证保护设备是否能够准确识别和处理各种故障情况。根据仿真测试的结果，优化继电保护设备的参数设置，以提高其性能和可靠性。

这可能涉及调整保护参数、时间延迟和阈值等，以满足设计要求。记录所有仿真测试的结果和参数设置，创建相关文档，包括模型文件和测试报告。同时，将优化后的参数设置应用于实际继电保护设备，并进行现场测试，以验证软件仿真结果的准确性和可行性。通过这一流程，软件仿真测试允许在不干扰实际电力系统运行的情况下，全面评估继电保护和自动装置的性能，并提前识别和解决潜在问题，从而提高系统的可靠性和安全性。

2.3.2 硬件仿真

选择适合的硬件仿真设备，如数字模拟转换器（DAC）、数字信号处理器（DSP）、实时模拟器等，以模拟电力系统的各种信号和事件。构建电力系统的物理模型，包括发电机、变压器、线路、负载等，以反映实际系统的拓扑和参数。连接继电保护设备与硬件仿真设备，确保连接正确，使继电保护设备成为仿真电力系统的一部分，并实现实时通信。在硬件仿真设备上配置继电保护设备的参数，包括过流、跳闸、差动等参数，确保其与实际设备的设置一致。

使用硬件仿真设备模拟各种故障和事件，如短路、过载、地故障等，以测试继电保护设备的响应。可以实时改变仿真条件，以验证不同情况下的性能。分析仿真测试的结果，包括继电保护设备的动作时间、动作特性和设备之间的协同工作，以验证保护设备是否能够正确识别和处理各种故障情况。根据仿真测试的结果，优化继电保护设备的参数设置，调整保护参数、时间延迟和阈值等，以满足设计要求。并且，记录所有硬件仿真测试的结果和参数设置，并创建相关文档，包括模型文件和测试报告。

2.4 自动化测试方法

选择适合的自动化测试设备和工具，如自动测试仪器、测试脚本开发平台和数据采集系统，以支持自动测试的执行。确保测试环境符合要求，包括电力系统的连接、通信链路的设置和电源供应等。利用测试脚本开发平台创建自动化测试脚本，这些脚本会执行一系列测试步骤，包括模拟故障、设定参数、记录数据等。在测试脚本中，设定继电保护设备的参数，以确保其与实际设备的设置一致。执行自动化测试脚本，脚本会模拟各种故障和事件，观察继电保护设备的响应，同时自动化测试设备会记录数据并生成测试报告。

同时，对自动化测试生成的数据和测试报告进行分析和验证，以验证继电保护设备的性能，包括动作时间、动作特性和设备之间的协同工作。根据自动化测试的结果，对继电保护设备的参数设置进行优化，包括调整保护参数、时间延迟和阈值等，以满足设计要求。记录自动化测试的结果和参数设置，并创建相关文档，包括测试脚本、测试报告和数据记录。

3 测试方法比较和概述

针对上文提到的检测方法，表1可以帮助对不同测试方法进行比较和概述，包括其特点、适用场景以及优点。

表1 不同测试方式对比

继电保护和安全自动装置的检验方法对于电力系统的稳定性和可靠性至关重要。通过研究和实践这些方法，能够更好地了解如何评估和验证这些设备的性能，以确保电力系统在不同情况下的安全运行。