智能继电保护系统的故障分析技术

摘 要：作为支持电网安全、顺利运行的三道防线之一的继电保护系统，在整个电力保障系统中作用是举足轻重的。它自身存在的或外在原因导致的异常和故障有可能会使得电网系统陷入瘫痪之中，从而给整个电力系统带来难以无法估量的损失。随着科技的高速发展，继电保护系统进入了智能时代，给社会带来了更多的便利，同时，智能继电保护系统中的故障也越来越重要地影响到社会的正常发展、人们的日常生活。因此，对于智能机电系统的故障非常有必要进行深入的分析和研究。

关键词：智能继电保护系统 故障类型分析 防范措施

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0044-02

随着科技的发展，越来越多的电器走进千家万户，大大地方便了居民的生活、满足了社会的需要。与此同时，电力系统的压力、容量、覆盖面、需求程度随之增加，在社会发展和百姓的日常生活中也占据着越来越重要的地位。这对形势对电力系统智能继电保护提出了新的挑战。实践中的大量事例无不证明，如果智能继电系统保护系统发生意外或产生不正确动作的话，那么整个电力系统都会受到影响，导致严重的后果。所以，该文在剖解智能继电保护系统的工作原理和基本构成的基础上，总结智能继电保护系统常见的故障种类，并分析排解智能继电保护系统故障的策略和方法，抛砖引玉，以供其他研究人员参考。

1 智能继电保护系统的基本构成和工作原理

1.1 智能继电保护系统的基本构成

智能继电保护系统并不是横空出世的，它的前身是最早的继电保护装置熔断器，后来出现了电磁式、电子式静态、微机型继电保护装置，最后随着智能科技的发展，才出现了智能继电保护系统。但无论继电保护装置如何发展，它的最基本的构造都是不变的。智能继电保护系统的基本构造主要有3部分：指令输出断路组件、信号对比判断组件和信号采集测量组件。

信号采集测量组件主要负责搜集反应被保护电力系统的运行状态的各种数据，并将这些呈现电力系统是否正常、顺利运行的参数数据真实无误地、及时地反应给继电保护装置，在继电保护系统做出分析后，负责传导回继电保护装置是否启动的指令。

信号采集测量组件所采集到的各种数据参数由信号对比判断组件进行分析，它按照内部事先被预设好的逻辑关系和口令，对电力系统运行参数详细比照分析，以此来得出电力系统是否存在运行故障的结论。如果电力系统不能正常运转，信号对比判断组件会准确判断出故障的类型、故障发生的大概范围，然后判断是否应该执行切除命令，并将最后的判断结果以指令的形式向指令输出断路组件输送。

指令输出断路组件在接到指令后，会进行信号比对，确定是否要执行断路指令。如果比对无误，那么指令输出断路组件会忠实地完成相应的动作。它完成动作的形式，可以是声光显示，以刺耳声音和表示警告的灯光颜色来向工作人员发出故障提示，以便工作人员能够及时对电力系统的不正常运行状态进行检修、维护。也可以是自动跳闸，突然强硬地切除电力的输送，保护电力系统不受任何损伤。指令输出断路组件非常重要，它是继电保护系统的最后一步，也是最终的任务目标。

1.2 智能继电保护系统的工作原理

在电力系统运行过程中，如果一旦出现故障，无论是何原因，总会出现温度在短时间内升高、频率较正常水平有所下降、电流增加、电压不正常等异常现象，这些现象所导致的数据在超过智能继电保护系统的整定值后，会有一段整定时间来调整。如果在继电保护的整定时间之后，电力系统的异常还未消失的话，那么继电保护系统就会选择性地发出跳闸断电的指令或者发出警报信号，来提示工作人员进行维护调整。相比于之前的各种继电系统来说，智能继电系统在灵敏性、快速性、智能选择性、可靠性和安全性方面，都具有得天独厚的优势，为其他机电系统所不及。

2 智能继电保护系统常见的故障类型。

智能继电保护系统可以说是电力系统的安全防护线，但是这条安全防护线也有出故障的时候。具体来说，智能继电保护系统的故障名目繁多，它们所引起的影响也有大有小、有轻有重，不可同日而语。除了继电保护装置本身因年久问题或其他原因引起的故障外，外部各种因素也可能导致智能继电保护系统出现故障。总的来说，智能继电保护系统常见的故障类型主要有以下几种。

2.1 电压互感器二次回路故障

在继电保护装置中，有一种传感器至关重要，它主要负责隔离高电压、指挥被继电保护的自动装置、接受测量仪表所获取的电压信息，这种传感器就是电压传感器。与电流互感器不同，电压传感器的二次负载阻抗会比较大。在通常情况下，二次电压和一次电压是正比例关系，前者越大，则后者越大，反之亦然。在二次电压恒定的情况下，电压传感器的二次负载阻抗越小，那么电流就会越大。如果电压互感器的二次回路出现故障问题，在没有一定保护措施的情况下，电压互感器将面临着被烧坏的风险。电压互感器是智能继电保护装置中的信息采集测量组件开始工作运行的先站，它对于保障智能继电保护装置的后续运行有着非同一般的意义，但是作为开端的电压互感器却常常面临着二次回路故障的问题，必须多加注意才行。

电压互感器的二次回路故障虽然常常发生，但总结起来，主要有两种原因导致。第一是开口三角电压回路不稳定；第二是二次中性点接方式不正确。从工作原理的角度来划分类型，电压互感器主要可以分为新型光电式互感器、电容式互感器和电磁式电压互感器这三种。这三种电压互感器各有优劣，电磁式电压互感器的优点是构造简单、艺术成熟，但缺点是铁芯的非线性特点，极易导致铁磁谐振，进一步造成测量结果不准确的后果，甚至会直接破坏电压互感器。而电容式互感器没有电磁式互感器的缺点，但是它的暂态响应逊于后者。因为电压互感器二次回路的接线对于环境场合的要求较为严格，所以，不同的场合需要具体不同的要求。在这种情况下，快速熔断互感器就能够有效地保护电压互感器的二次回路。

但是，当电压回路产生问题时，智能继电保护系统和自动装置有可能会不作为或者不会产生正确的动作，此时，自动空气开关就显得十分必要了。虽然近年来，市场上生产的各种保护装置一般都具有良好的性能，能够在电压回路断线时采取闭锁装置，使得电压回路故障不至于引起误动，但是回路的断路问题和接地工艺问题依然值得注意。

2.2 电流互感器故障

电流互感器是智能继电保护系统能否有效保护电力系统正常运转的重要组成部分。它是依据电磁感应原理而制作并起作用的，主要由绕组和闭合铁芯这两部分构成。在智能继电保护装置中，它的主要工作是将数值较大的一次电流按照一定的比例关系进行转化，转化成数值较小的二次电流，使得电流的数值能够符合参数采集测量仪表的要求，进而起到保护电力系统的作用。电流互感器所转化的数值较小的二次电流数据是供电力系统是否能够正常运行的重要依据，所以电流互感器必须要真实、准确地反应一次电流的波形状况，并将之准确地转换成二次电流，不能出现差误。

在电流传感器的故障中，接地问题是最常见的。电流互感器的接地必须要串联，它的一次绕组和被测电路进行串联，二次绕组和所有仪表负载进行串联，而且二次侧的一端必须要与大地相连，这样可以在绝缘损坏时，防止一次侧高雅窜入二次侧高雅，进而对人身和设备造成损害。同时，二次侧绝对不允许出现开路的情况，因为这会造成铁芯的磁化和过度饱和，导致测量结果不准确。

2.3 微机型继电保护装置故障

随着智能时代的到来，计算机技术已经渗透到社会生活的各个领域和角落。在脱离计算机的情况下，没有一个行业可以得到长足、快速地发展。在电力系统的智能继电保护装置上，计算机所起到的作用也不可忽视。在科技的支持下，机电保护系统由传统装置，向智能化方向发展，发展成为微机型继电保护装置。微机型机电保护装置有自己的优越性，如数据分析更为准确、误差更小等等，但是由于微机型继电保护装置本身的一些问题，使得它的故障发生的较为频繁多样。

如果微机型故障保护装置发生故障问题，那问题的原因一定不外乎以下三种：静电尘埃问题、电磁干扰和绝缘问题、稳定电源问题。因为微机系统具有事先设置、忠实执行的特征，所以，在电力系统电源输出不足的情况下，电压会出现异常情况，导致电路的基准值发生错误，从而影响微机保护系统对于数据的逻辑分析，导致结果不准确。同时计算机的抗干扰能力较差，对讲机、电话等无线通讯设备、强电磁变化等，都有可能会干扰到计算机的正常运行，从而导致微机保护系统的错误动作。

3 智能继电保护系统故障分析策略

继电保护系统由最初简单的熔断器发展到现在的智能继电保护装置，它的部件越来越多，也越来越复杂，同时对技术的依赖程度也越来越高。如果要总结智能继电保护系统的故障解决方案，确保所有的故障都能迎刃而解，这在实践中有一定的困难。下面，该文就针对智能继电保护系统的故障解决方案进行浅要的分析概括。

3.1 替换法排除

当智能继电保护系统发生故障时，操作员无法确定是哪一部分出现问题，此时就可以使用好的或者正常的零件替换掉可能发生故障的零件，然后重新启动，看智能继电保护系统能否正常运行，以此来判断某一区域内是否出现故障问题。这种方法简单易行，能够快速地确定故障发生点，所以在智能继电保护系统的故障分析排查时经常用到。它不受部件数量多少、回路是否复杂等其他限制因素的制约，随时随地都可以使用，方便实用。

3.2 回路拆除法

二次回路故障是智能继电保护系统众多故障中最为常见的一种了。对于故障点位置的确定，二次回路拆除法的做法较为细致。在无法确定障碍点的情况下，可以将二次回路按照先后顺序进行拆除，然后再按照顺序一一放回。开启智能继电保护系统来查验，当故障出现的时候，就表明某一回路出现问题。然后针对此回路进行拆除，同样在一一放回，通过这种方法来确定故障回路中的那一部分构件出现问题，再有针对性地维修更换。这种方法较为费时耗力，但胜在原理简单，便于操作。

3.3 对比参照法

由于智能继电保护系统比较的精确复杂，所以在安装过程中，如果技术人员稍有不慎，就会出现接线错误。或者在回路改造过程和设备更换过程中，正确的接线连接没有回复原样，这些情况都会导致智能继电保护系统无法正常运转。在这种情况下，就可以采取对比参照法来确定智能继电保护系统的故障所在。首先先找一台可以正常运行的同类设备，拆开外部装置，将之和出现故障的继电保护装置队形对比参照，两者不相一致的地方就有可能是故障发生点。用这种方法可以快速地确定故障点，并准确地给予维修更正。

除上述三种方法之外，还可以对于疑似故障回路进行分段，用短接的方法，来确认回路路障是否在短接范围之内，从而快速缩小故障范围。

参考文献

[1] 刘华，田芳，白义传，等.继电保护故障信息管理系统实用化改进方案[J].电力系统保护与控制，2008，36（19）：18-20.

[2] 何光勇.电力系统继电保护技术现状与发展[J].中国电力，2008（15）.

[3] 杨增力，石东源，段献忠.基于方向比较原理的广域继电保护系统[J].中国电机工程学报，2008（22）：87-93.