電力繼電保護(hù)裝置及故障診斷

文/謝秋明

1　引言

伴隨著國家經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電力系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮了越來越重要的作用。繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)和故障檢測方法以及裝置自身的故障診斷屬于專業(yè)性比較強(qiáng)的工作，這其中涉及到的事項(xiàng)較為復(fù)雜，故障診斷與檢測方法是最為復(fù)雜的環(huán)節(jié)，全世界都投入了大量的研究成本，以期能夠有效地降低設(shè)備的故障發(fā)生率，延長設(shè)備的使用年限，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文分析介紹了電力繼電保護(hù)和故障診斷的技術(shù)原理，同時(shí)介紹了電力機(jī)電裝置故障檢測方法，希望能促進(jìn)本項(xiàng)研究的進(jìn)步。

2　電力繼電保護(hù)裝置的功能

2.1　保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全

當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行中有異常狀況發(fā)生時(shí)，電力繼電保護(hù)裝置可以快速精確地發(fā)出切斷指令，隔離故障部位，同時(shí)發(fā)布警報(bào)，保證其余設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該裝置還可以對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測與控制，保障電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2　自動(dòng)分析電力系統(tǒng)異常狀況并發(fā)布指令

當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行中有異常狀況發(fā)生時(shí)，電力繼電保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)檢測并且分析發(fā)生異常的原因， 快速準(zhǔn)確地判定故障出現(xiàn)的部位及故障原因。電力繼電保護(hù)裝置一旦發(fā)現(xiàn)異常，即發(fā)布警報(bào)信號(hào)，提示工作人員進(jìn)行故障設(shè)備檢修和相關(guān)處理。若無人值班，繼電保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)布指令進(jìn)行調(diào)整，選擇性摘除異常的故障設(shè)備或者元件，保證電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。如果沒有這套裝置，一個(gè)小故障可能會(huì)產(chǎn)生大損失，嚴(yán)重者導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)生產(chǎn)傳輸系統(tǒng)癱瘓。

3　電力繼電保護(hù)的故障診斷方法及技術(shù)原理

3.1　基于小電流接地系統(tǒng)的故障診斷方法

如果出現(xiàn)了小電流接地系統(tǒng)單相接地的狀況，電壓與電流在接地點(diǎn)的前后向支路和正常的支路都會(huì)出現(xiàn)異于正常運(yùn)行的特點(diǎn)，接地線路附近的電磁場同時(shí)產(chǎn)生變化，因此可以利用電磁場是否又變來判斷單相接地故障的故障位置。具體的做法是首先對(duì)小電流接地系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析。試驗(yàn)正常支路和故障支路的故障點(diǎn)探測，得到相應(yīng)的參數(shù)，在對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，可得出故障狀態(tài)下，各支路零序電壓電流及功率的特點(diǎn)。之后對(duì)各線路四周的電磁場做仿真探測， 得出三相電壓和零序電壓與電流形成的電磁場有替代性，然后利用得出的諧波電流電壓產(chǎn)生的電磁場探測故障點(diǎn)并進(jìn)行定位。通過建立數(shù)學(xué)模型，仿真得出故障時(shí)的電流暫態(tài)信號(hào)。對(duì)該信號(hào)做小波分解，得出支路正常運(yùn)行與發(fā)生故障時(shí)的電流能量時(shí)譜， 然后利用該信號(hào)的瞬時(shí)特征和頻帶特征量，能夠識(shí)別判定出故障支路和故障接地相。

3.2　綜合故障分析系統(tǒng)的繼電保護(hù)和檢測方法

第一種方法是網(wǎng)絡(luò)化。將涉及到的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行串聯(lián)、縱聯(lián)，然后利用主站統(tǒng)一管理，同時(shí)將提供了通信方面的支持，如上傳故障數(shù)據(jù)、處理與通訊等。第二種是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)是生物神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及模糊邏輯等技術(shù)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)以及模式識(shí)別的能力、將信息分布存儲(chǔ)并將其進(jìn)行并行處理等優(yōu)點(diǎn)， 應(yīng)用在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中能夠迅速判斷出發(fā)生故障的類型，確定發(fā)生故障的距離，從而對(duì)電力系統(tǒng)中的主設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。 第三種是自適應(yīng)控制。利用自適應(yīng)控制繼電保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測， 同時(shí)根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的變化調(diào)整自身的保護(hù)性能和特性，很大程度上改善了繼電保護(hù)裝置的保護(hù)性能， 提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

4　電力機(jī)電裝置的故障診斷與技術(shù)

4.1　繼電保護(hù)裝置故障診斷

常見的繼電保護(hù)裝置故障有干擾問題、定值問題、電源問題、保護(hù)性能問題、插件絕緣問題和版本問題。當(dāng)在保護(hù)屏附近使用無線通訊設(shè)備時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致邏輯元件發(fā)生誤動(dòng)作，產(chǎn)生操作干擾。定值問題主要是元器件的老化及損壞、定值發(fā)生漂移、溫濕度影響、人為的整定錯(cuò)誤及整定計(jì)算誤差。電源問題主要是電源的操作插件帶有直流電或者直流熔絲配置有問題導(dǎo)致的輸出不穩(wěn)或者波紋系數(shù)超高。保護(hù)裝置的布線不宜緊密高集成度, 否則長期運(yùn)行時(shí)，在特定條件下，因靜電作用焊點(diǎn)處聚集塵埃易導(dǎo)致兩個(gè)焊點(diǎn)產(chǎn)生導(dǎo)電通道，進(jìn)而引發(fā)事故。版本問題主要是指裝置運(yùn)行一段時(shí)間后的程序漏洞或者質(zhì)量問題。

4.2　繼電保護(hù)故障診斷的檢測方法及技術(shù)

對(duì)繼電保護(hù)裝置的故障進(jìn)行判斷主要使用的是比與綜合的方法。 對(duì)比法主要涉及下面幾個(gè)方面：

（1）每次對(duì)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)記錄設(shè)備信息，然后與上次的記錄結(jié)果進(jìn)行全方位對(duì)比 ,如果在某些方面發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在明顯偏差，判定設(shè)備存在故障。

（2）同廠家的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比, 在同樣的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境下，同一生產(chǎn)廠家的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)應(yīng)大致相同，如果存在大的差異判定設(shè)備存在問題。

（3）對(duì)同一裝置在各相條件下的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果結(jié)果差異很大，超過了規(guī)程明確允許的偏差范圍，則設(shè)備極可能存在問題。

綜合法是綜合各項(xiàng)參數(shù)，做出繼電保護(hù)裝置故障的全面分析判定。實(shí)踐證明故障的征兆雜亂，無法找到與之對(duì)應(yīng)的直接形成關(guān)系，此時(shí)單一方法無法解決問題，應(yīng)該綜合多種方法，進(jìn)行多角度分析，得出客觀的診斷結(jié)論。

5　結(jié)論

在電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置至關(guān)重要，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)、故障檢測以及控制，研究該裝置實(shí)現(xiàn)功能的計(jì)數(shù)原理及裝置自身故障診斷方法與技術(shù)意義重大，希望通過不斷發(fā)展和完善繼電保護(hù)裝置的性能和功能，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，使其能更好地服務(wù)于社會(huì)。