电力系统继电保护与故障检测新方法刍议

蔡新洪

[摘要]随着人们生活生产对电力需求的持续增加，电力系统已然成为如今社会的核心元素，安全问题是电力系统中的首要内容，电力保护装置是保障电力安全的主要方式，然而在电力系统不断升级改造的环境下，继电保护出现了众多故障，有着诸多安全威胁，文章剖析了继电保护动作中显现的不同故障，并探求了故障检测的新方式。

[关键词]电力系统 继电保护 故障检测

一、引言

电力系统规模随着人类需求持续增大，当前全国有将近2万个节点，每一节点为相应发电厂或变电站。如此庞大的系统，运行质量增强及其安全稳定性的提升成为关键，继电保护便是电力系统的安全保证。电力系统易发故障，其中最为普遍的是单相短路故障，其他的有两相短路、三相短路、短路和过负荷、过电压等。继电保护的装置与检测系统可以判定故障类别，继而向运行职工发出警告或自动切除故障，有效地保护电力设备，继而避免因某处障碍干扰其他线路正常可靠的运行，因此为电力系统供电的持续性提供了有效保障。

二、继电保护系统常见故障

（一）设备的故障

电力系统运行中，继电保护是个要求详尽精致的工作，对其装备有较为严格的条件，其设备问题常常表现在构件的质量上，在工作原理方面，继电保护系统基本不会出现太大问题。在电力系统的运维中，任何继电保护系统对其故障的检测措施相同，但不同电力系统的工作负荷是不同的，继电保护的设备有不同的电流电压负荷需求，因此，装配继电保护的装备需对电力系统的工作负荷及其工作强度予以首要探究，选取适宜的继保设施，并使得继电保护的任一场合均达到实际电力系统的标准。在任何部位的构件显现问题，都会影响继电保护装置的数据检测准确率，致使系统无法正常运转。继电保护若产生设备问题，能致使继电保护的动作失控，严重地有拒动、误动等现象发生，干扰电力系统正常作业及其稳定性。

（二）开关设备故障

继电保护系统中开关设备故障起因是和电力系统的不匹配，首先，采用何种继保装置需要依据基于电力系统工作强度的科学规定而择取，但在电力系统初选继电保护装备时，通常是与工作负荷相匹配的，然而随着继电保护系统持续增长使用时间或电力系统工作强度的不断增大，继电保护装置需随之适时校正更新，否则出现装置老化或超负荷的问题，易使其开关存在负荷密集的弊端。因开关设备不符合实际运行情况，引起其开关设备稳定准确性不断下降，导致电力系统非正常运行，且不能及时排查消除故障，严重地会引致电力事故的出现。

（三）电流互感饱和故障

电力系统在运行中会伴随继电保护终端负荷的持续加大，对于可能产生短路线路的电流不断增多，则继电保护装置受电流互感器饱和的作用不断增强，若短路位置接近电力系统终端设备，由于短路电流是电流互感器单次规定电流的lOO多倍，且电流互感器误差正比于短路电流，因此，继电保护系统在故障检测时，其阻止命令会因电流过大引起灵敏度下降。也就是说，即使电力系统运行时产生故障，继保系统也无法及时判定并做出阻断工作，这将电力系统的危险性明显提高。同时，继电保护的定时限制经由电流装置会因短路电流出现故障，该装置在拒动时的限制电流几乎为零，此时电力系统仍可运行，然而继电保护系统的故障检测不能正常工作降低了安全保障。

（四）繼电器触点故障

该故障常体现于触点磨损、触点焊接、触点电阻快速增加与金属电积等现象，极大程度地降低了继电器接触可靠性，致使整个电力系统不能安全运行。对于继电器触电故障排查消除，在不息的探索中，探讨了多种方法，如定时检查、更新触点材料，根据负荷值严格控制经流电流，定级检测触电磨损度，确保触电正常工作，即为保障继电保护系统正常作业，从而保护电力系统正常安全运行。

三、故障检测的常用方式

（一）空间电磁场探测

电力系统呈现单项短路的故障后，短路点前支路和后支路的零序电流、零序电压有着极大的差异，使得周围电场和磁场分布也有差别，所以能够通过零序电场和磁场判断故障点的位置，其判定依据为以下几点。

（1）小电流接地系统稳定性。将lOkV线路作为典型实例，对5条支路实行故障点试验，第一步明确正常支路参数，接着将待测故障线路与之对比并分析，最后记录故障线路零序的电压、电流等数据。无故障线路的容性电流需超前电压90°，零序功率是负值；而存在故障的线路，短路位置前的零序电压落后电流90°，短路后相反，为零序电压超前电流90°，且功率是正值。通过该实验即可判断故障点的位置，进而为电力系统可及时将故障排查消除、保证系统的稳定安全运行奠定了可靠基础。

（2）配电线路磁场与电场的分布。电力系统任一线路一旦出现障碍情况，便导致其周围磁场产生变化，若不考虑互感条件，能够探测输配电网中的各个接地点，从而获取其磁场分布，检测信号采用五次谐波电流，因而确定该系统中的故障点。

（二）识别故障支路和故障接地相

在显现小电流接地故障后，会产生一段较为显著的暂态过程，根据数学模型得知该时段内的电压或电流波形，测出电流畸变量，进而将该点处的电压或电流信号做小波变换分析，进而获得频谱图像；最终解析电流及故障频带的特征值，进而在避免干扰电力系统运行的同时，判定故障点及故障线路。然而，小波变化存在局限性，在实际应用中，可将神经网络、蚁群算法等与之相结合，提高故障检测的高效及精确性，因而可精准地判定故障类型。

（三）建立健全装置管理与检测体系

设置科学且合理的故障管理体系，可以保证系统故障的及时排查消除，同时供电的持续时间得以延长。在继电器保护的精度达到要求的条件下，完善继电保护和故障检测系统，对整个系统施展保护功能有鲜明的积极作用。另一方面，详细记录并保存电力系统各项操作，能够为继电保护的故障排查消除工作提供有利的参考价值。因此，建立健全该系统每项管理与维护制度，详细分析、判断各阶段运行情况，能够显著增强继电保护效果。endprint

四、综合故障分析系统

（一）系统功能

综合故障分析系统可提供精准的故障信息与位置给调度和继保人员，便于系统的迅速恢复，同时向技术操作人员给予完备的电压、电流情况，得以保护电力系统各县设施设备。该系统能够将保护设备和故障录波设备设定同步，以此获取准确数据并传递给监控设备，经由智能化的分析，完成数据的安全传输。为保障测距精确度，常采取双端故障测距的方式，存在數据交换的接口，以使数据保持安全且灵活的特性。继电保护装置检查标准：屏箱柜盘等装配上的各项电器、信号和仪表等元器件能保证完整和齐全，并确保安设端正；二次电力设备能够达到安全可靠的接地标准与要求；装置与其周围地面能达到干净、整洁且无杂物的要求；各电气设备在其运转的任何时间禁止将继电保护解除。

（二）继电保护与检测方法

（1）故障检测及继电保护网格化。电力系统各项重要电力设施可以采取差动保护的措施，使用主站将数据进行同一处理，依据从继保装备获取的电压或电流信息，对故障的位置和类型进行实时测量，最终汇总此测量数据发送至保护装置，使其凭借数据发放指令，以便迅速、准确地将故障设备排除，确保电力系统的安全。

（2）继电保护和检测自动控制。自适应保护能够实现动态检测，且依据其故障类型，自动地设置系统所需的保护数值，因而能够提高系统性能，满足运行标准和要求，在改善线路和变压器的保护上，有极大的帮助作用。

（3）应用各种智能算法。当前勇于检测极为普遍的智能算法为人工神经网络，还包括多种高级算法，比如遗传算法和BCC算法等。这些算法能够自主组织和自主学习，储存并处理部分数据信息。通过多年研究和发展，将人工智能算法运用与于继保系统中，已能完成自动识别保护方向、自动处理故障信息等功能，对继电保护、检测职员来说，减轻了许多负担。智能算法虽然在此项领域中仍处在研究阶段，但其发展前景是极具光明和远大意义的。

五、结语

综上所述，在电力系统正常运维过程中，继电保护是紧要环节，对故障信息快速解析排查、消除的应用及开发是继保系统的核心内容。继电保护可准确剖析电力系统发生的故障，并为此提出及时排查消除和处理措施，以使电力系统可在安全可靠的环境下正常工作运行。只有将继保系统自身存在的故障与问题快速、有效地消除，保障其设备能够正常工作，方可发挥装备的保护作用，提高电网稳定性，增强电力系统的可靠性。endprint