繼電保護系統的運行管理及故障檢修策略探討

葉中桉

廈門軌道交通建設發展集團有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

在電網運營體系中，繼電保護系統是十分關鍵的一環，是保證整個動力系統平穩運轉的關鍵[1]。繼電保護系統設備作為保障供電穩定的關鍵設備，近些年逐步向智能控制、數字信息化的方向演變，加強了繼電保護系統設備的功能[2]。但在繼電保護系統的底層工作流程中，繼電保護系統故障比較常見，且危險性很大，許多大型企業一直把繼電保護系統的維修檢測和故障處置視為重點研究項目[3]。

1 繼電保護系統概述

繼電保護系統的主要功能是保障電力系統和重要電力設施的安全、平穩工作。在供電系統中發生問題和故障時，繼電保護系統可以對所檢測的電力系統信息進行一定的算法處理，加以邏輯功能設計，然后輸出動作指令，從而實現實時監測、預先告警、切除故障設備等功能[4]。繼電保護系統可以保障電力系統的正常運行，對此，相關部門工作人員需要掌握各種繼電保護技術，準確掌握當前電力系統的管理實施及安全運行情況，分析統計電力系統運行過程中生產的一系列數據信息，在風險預警發生之前，給相關工作人員提供安全警報。

通常情形下，由于電流等級的差異，主變壓器、輸電線、并聯電容器等裝備的工作狀況和電氣反應特點各有不同，必須進行差異化的繼電保護設計，電力設備的生產商必須分析繼電保護裝置的實際使用情況，生產具備特殊用途的繼電保護裝置。在技術實現過程中，以通信軟件作為技術實現的基礎保障，然后在接入系統的支持下逐步實現信息的端對端及廣播式傳送與接收。在系統通信的實現過程中，系統層面的繼電操作誤差可以自行修正，保證了系統效能的充分發揮。在繼電保護過程中，后端控制系統能夠監控控制界面，在人機交互操作的環境中，可以實現繼電保護警報、規約，儲存事故信息以及控制和維護遠方電力系統等功能。通常情形下，平臺控制系統和平臺管理系統軟件之間相互連接，實現了繼電綜合維護的智能化，并且使平臺操作的設備擁有報表管理、圖像顯示、圖像檢索等功能，對共享數據庫的實時刷新產生了重要影響。

針對繼電保護系統復雜、關聯設備較多的特點，為了確保繼電保護系統在模擬量采集、計算分析、開關量執行等環節的可靠運行，需要研究繼電保護系統維修檢測工作的要點，梳理故障處置對策和經驗，指導技術人員進行現場操作，提升工作效率，以滿足企業安全生產需求[5]。

2 繼電保護系統的管理和維護

2.1 運行管理

需要加強對運行中的繼電保護系統及設備的管理。

（1）定期檢查、分析每套保護系統在運行中反映出來的各類不平衡分量以及觸動外殼時有可能動作的出口繼電器，建立定期檢查和記錄制度，并從中找出薄弱環節和事故隱患，及時采取有效對策[6]。

（2）建立完善的故障信息管理系統，對運行中的繼電保護系統和設備的故障信息按各線網供電系統層級、設備類型進行管理，提供設備故障溯源資料，提高事故響應及故障修復效率。

（3）加強對保護信息遠傳的管理，制定遠程修改在線運行的微機保護整定值的管理和安全防護機制，禁止開放遠方修改定值、軟件和配置文件等功能。

2.2 檢修維護

嚴格防范檢修維護過程中可能出現的安全隱患。

（1）在開關運行狀態下，進行繼電保護系統及相關設備的檢修工作，提前做好繼電保護系統危險點預控分析及填寫二次工作安全措施票，以保證停用部分與運行部分界面清楚、完全隔離。

（2）多套保護回路共用一組CT或可引起其他保護出口動作時，在需要檢測的繼電保護系統電流回路靠近電纜側的端子排短接后，拆開并固定好電流端子連接片，做好防護標志，在電流端子靠近保護裝置側進行檢測；同時將保護出口接點與外部連接的二次電纜全部斷開，并做好絕緣包扎等防護措施。

（3）進行繼電保護系統整組檢測時，應使對應開關設備處于合閘運行狀態，從電流及電壓端子通入與故障情況相符的模擬故障量，檢查保護回路及整定值的正確性，禁止使用卡繼電器接點、短路接點或類似人為手段進行保護裝置的整組檢測。

（4）對處于35 kV環網同一供電臂的GOOSE通信介入型保護裝置，應校核繼電保護系統通信設備傳輸信號的可靠性和冗余度，防止因通信問題引起保護選跳功能喪失，而造成誤動作。

（5）對處于同母進出線的35 kV三工位開關柜設備，在運營期間開展接地電焊等作業時，應斷開對應的35 kV開關，同時相應保護及控制電源空氣開關應處于合閘狀態，防止電焊電流通過高壓電纜及35 kV三工位開關維護接地的閉合電流回路，啟動過電流、開關失靈等保護，觸發上一級繼電保護系統裝置的誤動作現象。

3 繼電保護系統的檢測

3.1 采樣回路檢測

繼電保護系統需要通過采集電流、電壓等模擬量來感知電力系統的各項電氣量參數，故在系統投入使用前必須做好基礎采樣層設備、回路的各項檢測工作，防止虛接、寄生回路、設備超負荷等原因造成采樣精度下降、電流量分流、電壓短路等故障及隱患。

3.1.1 電流采樣

電流采樣時，應實測電流互感器的二次負載阻抗，并與變比、10%誤差曲線檢測數據進行核對測算，驗證系統發生短路故障時是否滿足準確等級能力的要求；同時，應對二次繞組輸出回路的閉合情況逐個進行檢測，一般在回路的最始端接線處或端子排處施加額定電流，檢測回路中各設備的實測采樣電流，判斷閉合回路是否完整及是否存在寄生回路分流情況。

3.1.2 電壓采樣

電壓采樣時，應在各二次電壓母線施加額定電壓量，檢測回路中各設備的實際采樣電壓，判斷電壓母線上的設備接入情況和是否存在短路現象。檢測前應確認二次相線及中性點的接線與電壓互感器本體完全斷開，防止發生反送電，造成高電壓傷害。

3.1.3 二次接地

電流互感器CT及電壓互感器PT的二次回路必須有且只有一點接地，由幾組CT二次組合的電流回路，如差動保護、雙斷路器主接線的保護電流回路，其接地點宜選在控制室。各PT二次中性點不得接到可能斷開的開關或接觸器等設備，各PT中性點在開關場的接地點應斷開，其二次回路經零相小母線N600聯通后，在控制室保護屏柜內進行一點接地，并做好標識掛牌。

3.2 保護動作能力檢測

繼電保護系統設備在直流電源環境下工作，對電源電壓的參數變化應有較高的適應能力，確保在直流供電能力下降過程中，各類動作線圈和出口接點仍有較強的動作可靠性。

3.2.1 繼電保護裝置

應退出直流系統的工作電源，通過檢測儀器或直流檢測電源屏輸出對保護裝置進行拉合直流電源的檢測，包括失壓后短時接通、斷續接通、直流電壓緩慢及大幅度地升或降的檢測，檢測過程中不得出現誤動作或信號誤表示的情況。繼電保護裝置應在85%額定直流電壓條件下能夠正確動作，更換不能自動起動的直流逆變電源。

3.2.2 繼電保護出口繼電器

實測出口繼電器起動電壓不應低于直流額定電壓的55%，以防止繼電器線圈正電源側接地時因直流回路過大、電容放電引起誤動作；也不應高于70%，以保證直流電源降低時可靠動作和正常情況下快速動作。

3.2.3 斷路器跳、合閘線圈

實測斷路器跳閘線圈動作電壓不應低于額定電壓的30%，不應高于額定電壓的65%，以防止直流回路一點失地造成保護跳閘；跳、合閘線圈的出口接點控制回路必須設有串聯自保持的繼電器回路，以保證出口繼電器的接點不斷弧，斷路器可靠動作。

3.3 保護出口邏輯檢測

多功能集成的繼電保護裝置在投入使用前應做好出口邏輯檢測和后臺信息正確性核對，確保設備投入使用后保護功能不缺失。針對多項保護功能共同作用于一個開關出口跳閘壓板的情況，在進行保護功能校驗時，應根據保護出口矩陣方式逐個檢查直至其硬壓板接線處，防止保護裝置內部跳接線錯誤，避免不能實際動作于相應斷路器。對于保護裝置各項動作信息，除檢查各工作、備用信號接點外，還應逐一核對綜合監控系統的報文動作情況及報文名稱的正確性。

4 繼電保護系統的故障監測與排查方法

導致繼電保護系統故障的因素較多，比較常見的有內部設備及其元件質量和安裝接線遺留隱患、環境溫度過高及設備超負荷運行、外部系統故障的影響等。如果不能嚴格控制、規范應用，繼電保護系統就不能充分發揮應用的保護功能，甚至造成各種事故或問題的爆發，使整體動力系統的正常安全運行受到損害。專業技術人員要掌握故障的監測與排查策略，才能更加迅速、精確地尋找到故障地點。

4.1 綜合推算法

綜合推算法適用于電力系統發生故障跳閘后，在未發現實際高壓電氣設備故障點或故障現象未達到預定的啟動跳閘條件的情況，以及繼電保護系統出口動作后而造成的非正常停電事故。針對此類故障，應根據實際設備的運行方式直接推算分析繼電保護系統動作的正確性。

（1）參考故障電氣設備的接線方式、系統運行方式、潮流方向，分析繼電保護系統裝置與其對應關系是否正確。（2）排查高壓設備電氣參數與繼電保護系統動作值的對應關系，主要包括一次設備的額定電氣參數、電流互感器變比等。（3）核對繼電保護系統裝置的整定值設置情況，綜合推算分析引起保護動作的條件。

4.2 回路驗證法

經綜合推算后，如果仍無法發現造成非正常停電事故的繼電保護系統的故障原因，需要應用回路驗證法對相關繼電保護系統設備及回路進行逐一檢查，驗證其功能的正確性，從而復現故障現象。

（1）檢查電流、電壓采樣回路是否存在虛接、短路等造成誤動作風險的情況。（2）檢查繼電保護系統的電源、CPU的工作狀態，排除保護裝置死機、內部故障等引起不正常工作狀態的可能。（3）校驗并核對繼電保護系統功能邏輯的正確性。（4）檢查、測試繼電保護系統出口繼電器的動作值及跳、合閘二次回路的接線可靠性。

4.3 外因排除法

外因排除法可以把一些電氣設備外部出現的問題放到一起加以比較分析，查找引起繼電保護系統故障的原因。

（1）調取變電所內的故障錄波信息，排查故障發生期間出現的各類開關量變位、模擬量突變信息。（2）排查環境影響因素，如雷電入侵、環境溫度過高、環境濕度過大、設備超負荷運行等情況。（3）排查下級供電負荷故障因素，如大功率電機多臺疊加連續啟動、零序電流接地保護選擇性未投入等。（4）排查上級電網供電質量因素，如外部電源短路故障引起的穿越電流影響、長距離高壓電纜輸電容升現象等。

5 結束語

電力系統繼電保護可以應用在電力一類電氣設備，具備監視、自動檢測和維護的功能。當出現供電系統故障后，繼電保護系統和故障檢查能夠準確、高效地提供跳閘命令，這些命令具有選擇性，一方面能有效切除故障，另一方面能產生故障警報，這將進一步減少故障給整個供電系統的運營造成的惡劣影響。