電力設(shè)備繼電保護故障原因分析及技術(shù)處理

國網(wǎng)安徽省電力有限公司利辛縣供電公司 馮建華 羅 斌 趙 杰

1 引言

當(dāng)前，電力設(shè)備逐漸朝向多功能、大體積方向發(fā)展，對電力穩(wěn)定運行提出更高要求。通常在電力設(shè)備中會安裝相應(yīng)的繼電保護裝置，對提升電力運行安全性與穩(wěn)定性有著明顯作用。然而在繼電保護裝置運行期間，也會受到設(shè)備、產(chǎn)源以及電力運行環(huán)境等因素影響出現(xiàn)故障隱患，因此有必要針對電力設(shè)備繼電保護裝置故障類型及處理技術(shù)展開針對性探究，明確故障處理要點，進而構(gòu)建起安全、穩(wěn)定的繼電保護系統(tǒng)。

2 案例介紹

某110kV 變電站運行期間，站內(nèi)繼電保護裝置長時間處于高峰運行狀態(tài)下，導(dǎo)致出現(xiàn)不同程度的燒壞情況，影響到其內(nèi)部控制元件及繼電保護設(shè)備的正常運行。技術(shù)人員經(jīng)過現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)存在的繼電保護故障包括線路燒毀、元件受損以及系統(tǒng)故障等，同時在上述故障的共同作用下導(dǎo)致電力設(shè)備運行效率降低、供配電傳輸不穩(wěn)定[1]。

3 電力設(shè)備繼電保護原理與要求

3.1 電力設(shè)備繼電保護原理

隨著我國電力技術(shù)的發(fā)展，各類繼電保護裝置得到廣泛運用，在保證電力系統(tǒng)傳輸安全性與穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用。作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，整套繼電保護裝置構(gòu)成包括測量元件、邏輯環(huán)節(jié)以及執(zhí)行輸出，其運行結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。具體來看，測量元件的功能是測量被保護電氣元件的物理參量，通過數(shù)據(jù)比對與分析調(diào)整保護裝置的啟動情況。例如，測量元件可測量電力設(shè)備參數(shù)并生成數(shù)據(jù)表格，通過數(shù)據(jù)分析得到設(shè)備的故障狀態(tài)；邏輯環(huán)節(jié)的功能是識別已經(jīng)出現(xiàn)的故障，發(fā)揮繼電保護裝置的故障識別作用，根據(jù)具體的故障類型及故障范圍來控制斷路器跳閘、發(fā)出信號等動作；執(zhí)行輸出是通過執(zhí)行輸出模塊對數(shù)據(jù)結(jié)果進行表達，技術(shù)人員可通過執(zhí)行輸出模塊傳遞的指令完成保護裝置系統(tǒng)功能。

圖1 繼電保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 電力設(shè)備繼電保護要求

電力設(shè)備運行期間，繼電保護裝置的運行要求包括以下幾方面：一是可靠性。繼電保護裝置系統(tǒng)運行期間需要根據(jù)要求設(shè)定順序動作，確保在發(fā)生故障時可及時將設(shè)備與故障線路斷開。二是選擇性。在出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置可以借助斷路器隔離故障，同時啟動失靈保護起到避免越級跳閘的作用。三是靈敏性。若設(shè)備保護范圍內(nèi)出現(xiàn)接地或斷路故障，可通過繼電保護裝置完成靈敏度設(shè)置，保證故障設(shè)備接觸的安全性。四是速動性。一旦出現(xiàn)故障，繼電保護裝置可在第一時間隔斷故障點，采取針對性技術(shù)手段消除故障風(fēng)險。

4 電力設(shè)備繼電保護故障類型

4.1 運行故障

繼電保護裝置經(jīng)過長時間運行后，其局部溫度將明顯提升，導(dǎo)致裝置失靈，難以避免電力系統(tǒng)中故障問題的出現(xiàn)。繼電保護裝置運行故障集中表現(xiàn)在主變差動保護開關(guān)拒合，受二次電壓回路影響，削弱了電壓互感器內(nèi)部部件性能，而繼電保護設(shè)備保護動作仍處于初始狀態(tài)，進而導(dǎo)致電力設(shè)備故障的出現(xiàn)。

4.2 產(chǎn)源故障

產(chǎn)源故障主要受到繼電保護裝置生產(chǎn)質(zhì)量影響，電力設(shè)備運行期間，對繼電保護裝置部件材料、精度等均提出較高要求，若存在質(zhì)量不達標或精度不合格等情況就會增加出現(xiàn)故障問題的概率。與此同時，繼電保護裝置運行質(zhì)量還會受到晶體管性能的影響，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題就會導(dǎo)致裝置運行不協(xié)調(diào)，甚至出現(xiàn)拒動故障。

4.3 設(shè)備故障

設(shè)備故障是繼電保護故障中的常見類型，當(dāng)前在繼電保護裝置運行期間，相關(guān)工作原理已經(jīng)相對成熟，采用的故障檢測方法也較為類似，最主要的差異就是繼電保護裝置工作負荷。因此在對電力系統(tǒng)安裝繼電保護裝置時，應(yīng)根據(jù)具體的工作負荷選擇合適的設(shè)施。然而在實際運行期間，若個別設(shè)備出現(xiàn)問題將會影響到整體繼電保護系統(tǒng)的運行，導(dǎo)致工作質(zhì)量與效率大幅降低。

4.4 電流互感飽和故障

繼電保護裝置運行期間，其設(shè)備終端負荷會隨著用電需求的增加而增加，當(dāng)達到一定限值時就會導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路問題。在線路故障狀態(tài)下，短路電流與電流互感器呈現(xiàn)出線性正相關(guān)關(guān)系，隨著電流增加，保護裝置的靈敏程度會降低，短路故障指令的執(zhí)行也會出現(xiàn)滯后問題[2]。電流互感器飽和狀態(tài)下的電流波形如圖2所示。

圖2 電流互感器飽和狀態(tài)下的電流波形

4.5 開關(guān)保護設(shè)備故障

設(shè)備運行實踐中，常見的開關(guān)設(shè)備故障類型為繼電保護裝置與電力系統(tǒng)不匹配，不滿足電力系統(tǒng)的工作強度，因此在選用繼電保護裝置時應(yīng)確保與電力系統(tǒng)工作負荷相適應(yīng)?，F(xiàn)階段，人們生活中的用電需求大大增加，電力系統(tǒng)用電負荷增加后并沒有及時更換匹配的繼電保護裝置，導(dǎo)致裝置運行期間存在老化、超負荷等問題，進而降低了繼電保護裝置精度，并對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來不良影響。

5 電力設(shè)備繼電保護故障的處理技術(shù)

5.1 加強電力設(shè)備的日常巡查

技術(shù)人員應(yīng)針對電力設(shè)備運行狀態(tài)做好日常巡查工作，做到以直觀檢查法為核心，根據(jù)繼電保護裝置顏色、氣味等判斷是否出現(xiàn)故障問題。通常情況下，直觀檢查法可以應(yīng)用在專業(yè)電子儀器的測試和檢查中，進而對繼電保護故障類型進行判斷與分類，再根據(jù)故障的輕重緩急提出解決方案，進而從根本上杜絕該類型故障的再次發(fā)生[3]。

5.2 做好保護性檢修工作

保護性檢修工作主要是進行元件的檢修與更新，這也是電力系統(tǒng)運行期間解決繼電保護裝置故障問題的重要方法。在此期間，技術(shù)人員應(yīng)定期對繼電保護裝置的各類電力元件進行檢查，同時對存在嚴重問題的元件進行及時更換，確保電力設(shè)備和繼電保護裝置處于安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。在開展保護性檢修工作時可采用直接處理法，即通過直接的、針對性強的手段進行故障處理，這種方法同樣還適用于不能通過儀器設(shè)備進行故障類型檢測的情況中。

5.3 完善繼電保護管理體系

為加強繼電保護裝置的驗收試驗與故障分析，應(yīng)針對電力設(shè)備運行狀態(tài)落實完善的繼電保護管理體系。首先，針對繼電保護裝置故障檢修落實責(zé)任規(guī)章制度，技術(shù)人員保證在制度指導(dǎo)下完成故障的發(fā)現(xiàn)、分析、解決及統(tǒng)計，從而為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障。其次，針對相關(guān)工作人員落實相應(yīng)的培訓(xùn)工作，促進其專業(yè)能力與崗位素質(zhì)的提升。電力系統(tǒng)運行期間，很多故障都是由于技術(shù)人員操作不合理，不僅影響到電力系統(tǒng)的正常運行，還會給人員人身安全帶來威脅。因此有必要加強技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)與安全教育工作，在提升操作規(guī)范性的同時樹立安全生產(chǎn)意識，促進技術(shù)人員專業(yè)水平的提升。最后，還應(yīng)對電力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進行改造升級，保證可及時獲取設(shè)備、系統(tǒng)運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障可及時采取相應(yīng)的解決措施。

5.4 落實多元化故障處理方法

除了上述技術(shù)方法外，在發(fā)揮機電保護裝置作用期間，還應(yīng)對多種技術(shù)手段實現(xiàn)綜合運用。

一是置換處理法，即通過運行穩(wěn)定、性能良好的設(shè)備替換故障設(shè)備。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障后，技術(shù)人員應(yīng)在第一時間判斷其故障類型與故障范圍，并針對某一部件進行替換。當(dāng)前，置換處理法得到了較為廣泛的應(yīng)用，在使用該方法后，若設(shè)備恢復(fù)正常則說明被替換部件存在故障；若設(shè)備仍無法正常運行，說明需要進一步對其他部件進行檢查。

二是參照對比法，這一方法的應(yīng)用需要以明確繼電保護裝置中的正常與不正常設(shè)備為基礎(chǔ)，進而對二者的技術(shù)參數(shù)進行對比分析，進而為故障點分析提供數(shù)據(jù)支持[4]。當(dāng)前，參照對比法主要應(yīng)用在因電路交互導(dǎo)致的接線錯誤檢查中，值得注意的是，受到繼電保護裝置復(fù)雜性影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)獲取精準性難以得到保障，為縮小測試值與實際情況的差異，應(yīng)采取定值檢測進行輔助。

三是設(shè)備狀態(tài)檢修法，即將狀態(tài)檢修技術(shù)應(yīng)用到繼電保護設(shè)備檢修中，及時處理故障問題，同時消除風(fēng)險因素，為設(shè)備及人員安全提供保障。以往在進行裝置檢修維護時，技術(shù)人員往往要面臨強度高、工作量大、危險性高的問題，隨著設(shè)備檢修裝置的引入，可以有效解決上述問題。在設(shè)備檢修技術(shù)的應(yīng)用下，可以實時獲取電力設(shè)備的運行狀態(tài)，既保證了檢修工作頻率，又可以為生產(chǎn)計劃的制定提供參考。

除此以外，技術(shù)人員通過對設(shè)備運行狀態(tài)及監(jiān)測結(jié)果進行分析，可以有效促進繼電保護裝置運行質(zhì)量的提升。

5.5 加強繼電保護信號傳遞

結(jié)合上述內(nèi)容可知，繼電保護裝置故障問題不僅影響到電力系統(tǒng)的正常運行，還會導(dǎo)致電力用戶用電水平降低。這說明應(yīng)進一步加強對繼電保護裝置的應(yīng)用，做好故障識別與處理工作。

根據(jù)110kV 變電站運行故障問題，應(yīng)開展相應(yīng)的變電站改造工程，在此期間比較關(guān)鍵的就是加強通信技術(shù)的應(yīng)用，起到調(diào)整繼電保護裝置控制信號、優(yōu)化信號傳遞的作用。電力設(shè)備運行期間，技術(shù)人員往往需要通過繼電保護故障信號進行故障判斷，因此可以將無線通信技術(shù)引入其中，在保證安全、穩(wěn)定的環(huán)境下實現(xiàn)故障識別。

與此同時，在無線通信技術(shù)的應(yīng)用下，可以進一步增強繼電保護裝置信號傳遞，將獲取的數(shù)據(jù)信息傳遞至控制中心，技術(shù)人員則通過顯示裝置獲取設(shè)備運行狀態(tài)。此外，通信技術(shù)在控制系統(tǒng)中還發(fā)揮了重要的傳輸作用，在正常運行狀態(tài)下，通信技術(shù)可完成參數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲；而異常狀態(tài)下可發(fā)出警報提醒技術(shù)人員。就當(dāng)前的繼電保護裝置控制系統(tǒng)運行情況來看，無線通信模式憑借其準確性強、操作簡便、遠程控制等優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用，為繼電保護裝置控制技術(shù)升級提供保障。

6 結(jié)語

繼電保護裝置就是根據(jù)電力系統(tǒng)參數(shù)變化判斷其運行狀態(tài)，并為技術(shù)人員檢修操作提供依據(jù)。日常在進行繼電保護裝置維護和故障排除工作時，應(yīng)重點分析故障形成的原因，提高檢修方案技術(shù)含量，根據(jù)具體的故障狀態(tài)提出切實可行的解決措施。在此期間，應(yīng)通過綜合性技術(shù)手段提高電力設(shè)備繼電保護裝置故障的維修效率，為電力系統(tǒng)工作運行提供更加安全、穩(wěn)定的環(huán)境。