继电保护二次回路问题引发的故障与防治措施

中国石化南京化学工业有限公司 黄 威

继电保护是电力系统中的重要组成部分，其主要功能是在发生故障时迅速切除故障区域，保护电力设备的安全运行。而继电保护二次回路负责传递电流和信号，确保继电保护装置的可靠性。继电保护二次回路问题的故障具有一定的复杂性，可能涉及电缆接头松动、连接器失效、电源供应不稳定等多种因素。这些故障可能导致继电保护系统误动作、漏动作或无动作，严重影响着电力系统的可靠性和稳定性[1]。

1 继电保护二次回路引发故障分析

1.1 故障现象及特点

继电保护二次回路引发的故障可能表现为信号丢失或失真的情况，导致继电保护装置无法准确地判断电力系统的状态和故障信息。这种信号丢失或失真可能是由于信号传输路径受到干扰或损坏所致。故障现象包括信号弱化、噪声增加、信号延迟或信号中断等。当继电保护装置无法正确接收或解析信号时，会导致误动作或漏动作的问题。误动作指的是在正常情况下误判为故障并触发保护动作，而漏动作则是在真实故障发生时未能及时触发保护动作。此外，二次回路问题还可能导致继电保护系统的不稳定性，表现为系统运行不可靠，保护装置动作不一致或频繁切换等问题。

1.2 故障原因与机制

继电保护二次回路引发故障的原因和机制是多样的。其中，电缆接头松动是造成信号丢失和失真的主要原因之一。当电缆接头松动时，电流和信号的传输会变得不稳定，可能导致信号衰减、干扰或传输错误。这会对继电保护装置的正常运行产生负面影响。另一个常见的故障原因是连接器失效。连接器失效可能导致接触不良、接线松动或接线断开等问题，进而导致信号中断或传输错误[2]。此外，电源供应不稳定也可能引发继电保护二次回路的故障。电源供应不稳定会导致电压波动或电流波动，从而干扰继电保护装置的正常工作。

继电保护二次回路故障的特点是多样化。故障现象的多样性使准确定位故障原因变得复杂，需要综合考虑多种因素。此外，故障原因的多样性意味着防治措施和解决方案需要具有针对性和全面性。为了解决继电保护二次回路引发的故障，需要采取综合的防治措施和解决方案。这些措施包括但不限于定期检查和维护、设备更换和更新、二次回路布置和连接设计优化等。通过优化设备和材料的选择、合理设计二次回路的布置和连接，以及调整和校准继电保护装置的参数，可以提高二次回路的可靠性和稳定性，降低故障的发生率。此外，制定有针对性的检修和维护策略，定期检查和测试二次回路的性能和状态，也是防治措施中的重要环节。

2 防治措施与解决方案

2.1 设备与材料选择优化

第一，针对电缆接头松动导致的故障现象，建议采用高质量的电缆接头和连接器。应选择具有良好接触性能、抗振动和抗振动性能的接头和连接器。通过合适的预紧力和连接方式，确保接头的稳定连接，减少松动的可能性。

第二，针对连接器失效问题，建议选择高品质的连接器，并进行定期的检查和维护。应采用防尘、防水和耐腐蚀性能优良的连接器，定期进行连接器的紧固和清洁，确保连接器的正常工作。在连接器失效的情况下，及时更换损坏或老化的连接器，避免其对二次回路的稳定性造成影响。

第三，建议选择高稳定性和可靠性的电源供应设备。优先选择具有过压保护、短路保护和稳压功能的电源供应器。这些设备可以提供稳定的电源输出，避免电源波动对继电保护二次回路的影响。

2.2 二次回路布置与连接设计优化

第一，电流互感器需要采用合适的布置方式，减小电流互感器的误差和干扰。互感器通常采用三相布置方式，即将三个电流互感器均匀地安装在电力系统的三个相位上。这样可以获得准确的相电流测量结果，减小因不同相位间的距离差导致的误差。对于单相系统，可根据系统需求和安全性考虑，选择合适的布置方式，如Y 型或△型布置[3]。

第二，针对二次回路的连接设计，建议采用低阻抗和低干扰的连接方式。其中，选取合适的导线截面积和材料非常重要。根据电流大小和传输距离，通过合适的截面积选择，降低线路的电阻和功率损耗。选择低阻抗的导线材料，可以减小电流回路的阻抗，提高电流传输的效率。

第三，针对干扰问题，可以采用屏蔽和隔离措施来减小外界干扰对二次回路的影响。例如，在高干扰环境下，可以使用屏蔽导线或屏蔽管道来减少外界的电磁干扰。合理设计回路的物理布局，避免与其他干扰源（如高电压线路或强磁场）过近接触，从源头减少外界干扰的可能性。

2.3 继电保护装置参数调校

为了确保继电保护装置的准确性和可靠性，需要对其参数进行调校。继电保护装置的参数调整主要涉及灵敏度、动作时间和动作特性等方面。可以根据系统需求和操作要求，适当调整灵敏度的设置值。常用的调整方法包括改变装置的电流或电压阈值、调整滞回特性等。电流灵敏度调整公式如下：

其中，Iset是调整后的灵敏度设置值，K是调整系数，Irated是额定电流值。动作时间的调整与校准通常涉及时限和延时等参数。根据系统要求和设备特性，可以通过调整时限或延时值来实现动作时间的控制。常见的调整方法包括改变继电器的时间定标常数、调整延时元件的参数等。动作时间调整由式（2）给出：

其中，Tact是调整后的动作时间，Tref是参考动作时间，α 是调整系数。在参数调校过程中，需要使用专业的仪器和设备进行测量和校准。表1给出了本研究所使用的继电保护装置参数调校数据。

表1 继电保护装置参数调校数据

通过对继电保护装置的参数进行准确调校，可以确保其在故障发生时能够准确、及时地进行动作。调整灵敏度和动作时间等参数，使其适应不同的系统需求和操作要求。同时，使用专业的仪器和设备进行测量和校准，保证参数调整的准确性和可靠性。这些措施可以提高继电保护装置的性能，并提升系统的安全性和稳定性。

2.4 检修与维护策略优化

在检修与维护策略优化中需要收集信息，信息主要分为运行数据和故障记录两大类。通过收集和分析运行数据，可以了解系统的运行状态、设备的工作状况，以及存在的潜在问题。故障记录则可以提供有关系统故障的详细信息，为后续的问题识别和故障风险评估提供参考依据。基于收集到的信息，可以进行相应的数据分析。通过对数据的分析，可以识别出潜在的问题和存在的故障风险[4]。问题识别的过程可以包括故障模式的分析、故障频率的统计等。故障风险评估则是根据问题识别的结果，对故障的发生概率和影响程度进行评估，以确定优先处理的问题和采取的应对措施。制定针对性的检修计划和维护方案是优化检修与维护策略的下一个关键步骤。根据问题识别和故障风险评估的结果，制定具体的检修计划，明确检修的频率、方法和步骤等。同时，制定定期维护、预防性维护和修复性维护等维护方案，保障设备的可靠运行。实施方案是将制定的检修与维护策略付诸实践的过程。通过定期检查和测试，可以发现潜在问题和异常情况，并及时采取相应的措施进行排除和维修。在方案实施的过程中，根据需要进行设备的更换和更新，提升系统的性能和可靠性。在方案实施后，需要通过监控评估来评估优化的检修与维护策略的有效性。系统性能的监测可以通过实时数据的采集和分析来进行[5]。对于实施的检修与维护策略，进行策略有效性评估和维护工作效果评估，以确定所采取的措施是否取得了预期的效果。

3 防治措施效果评估

3.1 故障前后指标对比

为了评估防治措施的有效性，研究进行了检修与维护策略优化前后指标的对比分析，相关参数设定见表1。通过比较优化前后的关键指标，可以了解防治措施对系统性能和故障率的影响程度，优化前后相关指标对比如图1所示。

图1 检修与维护策略优化前后故障情况对比

可以看出，引入防治措施后，故障前后的指标发生了明显变化。第一，在任一运行时间点，优化后的故障累计时长（ADF）均小于优化前，意味着故障发生的平均时间变少，系统的可靠性提高。第二，相对于优化前，优化后的故障修复时长（FRT）均严格小于前者，故障修复时长平均降低了62.9%，表明在故障发生后，系统的恢复速度更快，系统的可用性得到了提高。第三，故障率从0.0065次/h 降低到0.0022次/h，说明故障减少了。

3.2 防治措施效果评估

第一，故障频率减少。优化检修与维护策略后，系统的故障频率明显减少。通过故障率的比较可见，在优化后，故障比原来减少了2/3，这表明防治措施能够有效地减少故障的发生。

第二，系统可靠性提高。防治措施的实施使系统的可靠性得到了显著提高。通过400h 运行时间的故障累计时长（ADF）对比可见，引入防治措施后，系统的ADF 下降，可靠性提高。

第三，故障恢复速度加快。防治措施的实施使系统的故障修复速度加快。故障修复时长（FRT）的对比显示，在防治措施实施后，系统的平均故障修复时长降低了62.9%，这意味着系统在故障发生后能够更快地恢复正常运行。

4 结语

本文的研究还存在一些限制。第一，研究所采用的防治措施和评估结果仅基于特定的实验条件和数据，因此需要进一步在更广泛的实际场景中验证和推广。第二，防治措施的实施需要充分考虑成本、技术可行性和运维要求等因素，确保其实际可行性和可持续性。未来的研究方向包括进一步深入研究二次回路故障的机理和影响因素，探索更有效的防治措施和解决方案，并结合智能化技术和大数据分析等方法，实现继电保护系统的智能化运维和预测性维护。这将有助于提高继电保护系统的可靠性、稳定性和安全性，进一步推动电力系统的发展和运行。