继电保护中的故障检测与应对策略

张 文

国网宁夏电力有限公司检修公司，宁夏 银川 750001

0 引言

近年来，随着经济建设步伐的加快，我国电力系统规模不断扩大，全国发电装机容量呈飞跃式发展，从2015年底的15亿 kW增长到2020年底的22亿kW，年均增长达到7.6%。在此背景下，电力系统安全性和稳定性就变得至关重要。作为电力系统运行的安全保护装置，继电保护故障检测和应对策略成为确保电力系统供电持续性的关键作业内容。因此，在继电保护过程中，如何采取有效措施提高故障检测质量，并确定科学有效的应对策略，成为继电保护过程中的重要问题。

1 电力系统继电保护常见故障

1.1 继电保护系统中设备的故障

继电保护系统设备出现故障，往往出现在设备构件上。究其原因，是在继电保护设备选择上，没有充分考虑电力系统的实际工作负荷和工作强度，导致继电保护设备与电力系统工作负荷不匹配，设备构件质量达不到相关标准要求。设备构件发生质量问题，轻则会对继电保护故障检测造成影响，重则会导致继电保护动作失控，甚至出现拒动或者误动的安全事故，对电力系统的安全运行造成严重影响[1-2]。因此，在继电保护设备安装前，要从两个方面进行确认，一是确认电力系统的电流电压负荷，二是确认继电保护设备所对应的电流电压负荷。并在此基础上，选择符合其运行要求的高质量的设备构件

1.2 继电保护系统中开关的故障

造成开关故障的根本原因是，继电保护装置选择不当，与电力系统不匹配。在继电保护装置选择时，要充分考虑长期使用对设备开关造成的影响。在电力系统运行初期，继电保护装置与电力系统的工作负荷是相匹配的，但随着工作负荷和工作强度的加大，以及继电保护装置使用次数的增多，极易造成继电保护装置出现老化和超负荷等情况，对继电保护设备开关带来负荷密集，使开关出现质量问题，对开关的稳定性和准确性产生影响[3]。

1.3 电流互感饱和故障

随着电力系统运行时间的增加，继电保护设备终端承受的负荷持续加大，电力系统可能发生接近临界值的短路现象，造成电流不断增强，使电流互感器处于饱和状态，对继电保护设备施加的影响不断增强。当电力系统终端设备发生短路现象时，短路电流就会剧增，达到电流互感器标准电流量的100倍，而电流互感器电流量倍数与电流互感器的误差成正比，随着电流的增强，继电保护系统对故障的阻止命令会出现灵敏度降低的现象。从另一个层面来说，就是电力系统发生故障，而继电保护设备无法及时发现故障，并发出阻断命令，但电力系统依然可以运行，从而增加了电力系统运行引发的危险性。

1.4 继电器触点故障

继电器触点故障的表现形式有触点焊接、触点磨损等，对继电器触点的稳定性和可靠性带来影响，进而引发电力系统安全事故的发生。经过多年的实践和探索，对于继电器触点故障，可以灵活采用多种方法有效解决。比如，严格选择触点材料，并在使用过程中定期检查和更新；依照所能承受的负荷值，严格控制电流；采用定级的方式，对继电器触点进行及时检测，保证继电器触点正常运行。

2 继电保护故障检测方法

2.1 利用电磁场变化检测单相短路故障

当电力系统发生单相短路故障时，短路处的电流和电压会发生一定的变化，与故障前相比，前支路和后支路的零序电压和零序电流会发生较大的变化，短路处周围的电场和磁场分布也与故障前不同。因此，借助电场和磁场的变化，可以确定短路故障的具体位置。例如，在配电线路发生单相短路故障时，考虑周围磁场的变化，可以对配电网的各接地点进行磁场探测，掌握短路周围磁场的分布情况，然后对五次谐波电流进行检测，确定故障点[4]。

2.2 识别故障支路和故障接地相

在小电流接地系统发生故障时，其故障特征是出现一段较为明显的暂态过程，为了有效识别故障支路，首先要构建数学模型，以获取暂态过程中的电流和电压波形，并确定电流畸变量。其次，采用小波变换的方法，获取接地点电流和电压的频谱图像，再对频谱图像进行分析，得出电流特征量和故障频带特征值，从而最终确定故障线路和故障点。在实际应用过程中，需要结合神经网络和蚁群算法，小波变换方法才能得到最佳发挥，才能有效提升故障检测的准确性和高效性，进而快速确定故障点[5]。

2.3 构建继电保护装置管理和监测体系

继电保护装置管理和监测体系是有效应对电力系统运行故障的基础，管理体系是否科学和合理，对于故障检测、确定和应对至关重要。不断完善管理和监测体系可以最大限度地发挥继电保护的功能。在电力系统运行过程中，记录运行过程中的具体操作，在故障检测和排除时，可以提供一定的参考。同时，不断健全继电保护装置管理制度和监测制度，并对电力运行的各个阶段进行系统分析，对于继电保护的管理成效具有重要意义。

3 继电保护故障的应对策略

3.1 替换法

替换法是继电保护故障应对策略中最直接、最有效的方法。所谓替换法，就是用正常的元件替换出现质量问题的元件。该方法可以快速地解决故障问题，确保电力系统运行的稳定性和可靠性。当继电保护故障出现在内部回路电器元件时，就可以用替换法，使电力系统快速恢复正常状态。而对于那些不能替换的部分，则可以通过监测的方法，从而发现产生故障的原因，提出解决故障的策略[6]。

3.2 参照法

在电力系统发生故障时，可以利用参照法，对出现故障的机器和运转正常的机器进行比较，从而发现两种机器不一样的地方，并进行仔细观察和分析，最终确定故障点。在通常情况下，一般对可能的故障点进行逐一检验，最终确定故障点。在故障排除过程中，也可以与正常机器的性能和参数进行比对，从而不断完善运行数据，最终排除故障，使电力系统的运行性能恢复到正常状态。

3.3 人工神经网络法

人工神经网络是以生物神经系统为基础的一项人工智能技术。该方法利用神经网络和遗传算法等最新技术，对电力系统进行保护。人工神经网络的优势较为明显，比如具有很好的自适应能力，并能够对信息进行收集、分析和优化整理，以人工神经网络为参照，对电力系统进行继电保护，并能够准确地确定故障种类、距离以及确定科学有效的应对策略。

3.4 综合自动化继电保护法

该方法就是将网络通信技术和自动化控制技术融合，构建自动控制、测量以及故障录波等多种功能为一体的继电保护系统。利用数字化监测设备和网络技术，对故障进行实时监测，从而节省了人力开支。通过自动化继电保护系统，对变电站的运行状态和故障状态进行记录，然后利用数字化分析技术，对数据进行系统分析，在故障发生时，可以快速进行比较、分析，从而确定故障点，并提出科学合理的应对策略。

3.5 自适应控制法

继电保护装置中的控制元件非常敏感，能够对电力系统的运行进行有效监测，并随着电力系统的运行状态和故障变化调整自身的性能。当继电保护装置发生故障时，控制元件能够迅速做出反应，及时发出警示信号。自适应控制法对控制元件的要求较高，不仅要求控制元件质量好、敏感性强，而且对控制元件的数量有一定的要求。在实际运行过程中，还需要根据现场情况，对敏感度进行合理调整，使继电保护装置在进行故障检测和故障消除时发挥最大的成效。

4 结束语

综上所述，继电保护系统的稳定性和可靠性是确保电力系统正常运行的决定性因素。目前，随着数字化技术和自动控制化技术的飞速发展，继电保护故障检测方法和故障排除策略也不断更新。但是，继电保护设备出现故障种类不同，采用的检测和应对方法也不同。继电保护故障检测方法可以分为利用电磁场变化检测单相短路故障，识别故障支路和故障接地相，构建继电保护装置管理和监测体系等方面。在继电保护故障消除过程一般采用替换法、参照法、人工神经网络法以及综合自动化继电保护法，以及时有效地消除继电保护障碍，确保电力系统以良好的状态运行，对于变电站经济效益的提高具有重要的保护作用。