繼電保護(hù)二次回路問題引發(fā)的故障與防治措施

中國石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司 黃 威

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要功能是在發(fā)生故障時(shí)迅速切除故障區(qū)域，保護(hù)電力設(shè)備的安全運(yùn)行。而繼電保護(hù)二次回路負(fù)責(zé)傳遞電流和信號，確保繼電保護(hù)裝置的可靠性。繼電保護(hù)二次回路問題的故障具有一定的復(fù)雜性，可能涉及電纜接頭松動(dòng)、連接器失效、電源供應(yīng)不穩(wěn)定等多種因素。這些故障可能導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作、漏動(dòng)作或無動(dòng)作，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性[1]。

1 繼電保護(hù)二次回路引發(fā)故障分析

1.1 故障現(xiàn)象及特點(diǎn)

繼電保護(hù)二次回路引發(fā)的故障可能表現(xiàn)為信號丟失或失真的情況，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置無法準(zhǔn)確地判斷電力系統(tǒng)的狀態(tài)和故障信息。這種信號丟失或失真可能是由于信號傳輸路徑受到干擾或損壞所致。故障現(xiàn)象包括信號弱化、噪聲增加、信號延遲或信號中斷等。當(dāng)繼電保護(hù)裝置無法正確接收或解析信號時(shí)，會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作或漏動(dòng)作的問題。誤動(dòng)作指的是在正常情況下誤判為故障并觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，而漏動(dòng)作則是在真實(shí)故障發(fā)生時(shí)未能及時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。此外，二次回路問題還可能導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，表現(xiàn)為系統(tǒng)運(yùn)行不可靠，保護(hù)裝置動(dòng)作不一致或頻繁切換等問題。

1.2 故障原因與機(jī)制

繼電保護(hù)二次回路引發(fā)故障的原因和機(jī)制是多樣的。其中，電纜接頭松動(dòng)是造成信號丟失和失真的主要原因之一。當(dāng)電纜接頭松動(dòng)時(shí)，電流和信號的傳輸會(huì)變得不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致信號衰減、干擾或傳輸錯(cuò)誤。這會(huì)對繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。另一個(gè)常見的故障原因是連接器失效。連接器失效可能導(dǎo)致接觸不良、接線松動(dòng)或接線斷開等問題，進(jìn)而導(dǎo)致信號中斷或傳輸錯(cuò)誤[2]。此外，電源供應(yīng)不穩(wěn)定也可能引發(fā)繼電保護(hù)二次回路的故障。電源供應(yīng)不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)或電流波動(dòng)，從而干擾繼電保護(hù)裝置的正常工作。

繼電保護(hù)二次回路故障的特點(diǎn)是多樣化。故障現(xiàn)象的多樣性使準(zhǔn)確定位故障原因變得復(fù)雜，需要綜合考慮多種因素。此外，故障原因的多樣性意味著防治措施和解決方案需要具有針對性和全面性。為了解決繼電保護(hù)二次回路引發(fā)的故障，需要采取綜合的防治措施和解決方案。這些措施包括但不限于定期檢查和維護(hù)、設(shè)備更換和更新、二次回路布置和連接設(shè)計(jì)優(yōu)化等。通過優(yōu)化設(shè)備和材料的選擇、合理設(shè)計(jì)二次回路的布置和連接，以及調(diào)整和校準(zhǔn)繼電保護(hù)裝置的參數(shù)，可以提高二次回路的可靠性和穩(wěn)定性，降低故障的發(fā)生率。此外，制定有針對性的檢修和維護(hù)策略，定期檢查和測試二次回路的性能和狀態(tài)，也是防治措施中的重要環(huán)節(jié)。

2 防治措施與解決方案

2.1 設(shè)備與材料選擇優(yōu)化

第一，針對電纜接頭松動(dòng)導(dǎo)致的故障現(xiàn)象，建議采用高質(zhì)量的電纜接頭和連接器。應(yīng)選擇具有良好接觸性能、抗振動(dòng)和抗振動(dòng)性能的接頭和連接器。通過合適的預(yù)緊力和連接方式，確保接頭的穩(wěn)定連接，減少松動(dòng)的可能性。

第二，針對連接器失效問題，建議選擇高品質(zhì)的連接器，并進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。應(yīng)采用防塵、防水和耐腐蝕性能優(yōu)良的連接器，定期進(jìn)行連接器的緊固和清潔，確保連接器的正常工作。在連接器失效的情況下，及時(shí)更換損壞或老化的連接器，避免其對二次回路的穩(wěn)定性造成影響。

第三，建議選擇高穩(wěn)定性和可靠性的電源供應(yīng)設(shè)備。優(yōu)先選擇具有過壓保護(hù)、短路保護(hù)和穩(wěn)壓功能的電源供應(yīng)器。這些設(shè)備可以提供穩(wěn)定的電源輸出，避免電源波動(dòng)對繼電保護(hù)二次回路的影響。

2.2 二次回路布置與連接設(shè)計(jì)優(yōu)化

第一，電流互感器需要采用合適的布置方式，減小電流互感器的誤差和干擾。互感器通常采用三相布置方式，即將三個(gè)電流互感器均勻地安裝在電力系統(tǒng)的三個(gè)相位上。這樣可以獲得準(zhǔn)確的相電流測量結(jié)果，減小因不同相位間的距離差導(dǎo)致的誤差。對于單相系統(tǒng)，可根據(jù)系統(tǒng)需求和安全性考慮，選擇合適的布置方式，如Y 型或△型布置[3]。

第二，針對二次回路的連接設(shè)計(jì)，建議采用低阻抗和低干擾的連接方式。其中，選取合適的導(dǎo)線截面積和材料非常重要。根據(jù)電流大小和傳輸距離，通過合適的截面積選擇，降低線路的電阻和功率損耗。選擇低阻抗的導(dǎo)線材料，可以減小電流回路的阻抗，提高電流傳輸?shù)男省?/p>

第三，針對干擾問題，可以采用屏蔽和隔離措施來減小外界干擾對二次回路的影響。例如，在高干擾環(huán)境下，可以使用屏蔽導(dǎo)線或屏蔽管道來減少外界的電磁干擾。合理設(shè)計(jì)回路的物理布局，避免與其他干擾源（如高電壓線路或強(qiáng)磁場）過近接觸，從源頭減少外界干擾的可能性。

2.3 繼電保護(hù)裝置參數(shù)調(diào)校

為了確保繼電保護(hù)裝置的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對其參數(shù)進(jìn)行調(diào)校。繼電保護(hù)裝置的參數(shù)調(diào)整主要涉及靈敏度、動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作特性等方面?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)需求和操作要求，適當(dāng)調(diào)整靈敏度的設(shè)置值。常用的調(diào)整方法包括改變裝置的電流或電壓閾值、調(diào)整滯回特性等。電流靈敏度調(diào)整公式如下：

其中，Iset是調(diào)整后的靈敏度設(shè)置值，K是調(diào)整系數(shù)，Irated是額定電流值。動(dòng)作時(shí)間的調(diào)整與校準(zhǔn)通常涉及時(shí)限和延時(shí)等參數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)要求和設(shè)備特性，可以通過調(diào)整時(shí)限或延時(shí)值來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)間的控制。常見的調(diào)整方法包括改變繼電器的時(shí)間定標(biāo)常數(shù)、調(diào)整延時(shí)元件的參數(shù)等。動(dòng)作時(shí)間調(diào)整由式（2）給出：

其中，Tact是調(diào)整后的動(dòng)作時(shí)間，Tref是參考動(dòng)作時(shí)間，α 是調(diào)整系數(shù)。在參數(shù)調(diào)校過程中，需要使用專業(yè)的儀器和設(shè)備進(jìn)行測量和校準(zhǔn)。表1給出了本研究所使用的繼電保護(hù)裝置參數(shù)調(diào)校數(shù)據(jù)。

表1 繼電保護(hù)裝置參數(shù)調(diào)校數(shù)據(jù)

通過對繼電保護(hù)裝置的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)校，可以確保其在故障發(fā)生時(shí)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)行動(dòng)作。調(diào)整靈敏度和動(dòng)作時(shí)間等參數(shù)，使其適應(yīng)不同的系統(tǒng)需求和操作要求。同時(shí)，使用專業(yè)的儀器和設(shè)備進(jìn)行測量和校準(zhǔn)，保證參數(shù)調(diào)整的準(zhǔn)確性和可靠性。這些措施可以提高繼電保護(hù)裝置的性能，并提升系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2.4 檢修與維護(hù)策略優(yōu)化

在檢修與維護(hù)策略優(yōu)化中需要收集信息，信息主要分為運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障記錄兩大類。通過收集和分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備的工作狀況，以及存在的潛在問題。故障記錄則可以提供有關(guān)系統(tǒng)故障的詳細(xì)信息，為后續(xù)的問題識別和故障風(fēng)險(xiǎn)評估提供參考依據(jù)。基于收集到的信息，可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析。通過對數(shù)據(jù)的分析，可以識別出潛在的問題和存在的故障風(fēng)險(xiǎn)[4]。問題識別的過程可以包括故障模式的分析、故障頻率的統(tǒng)計(jì)等。故障風(fēng)險(xiǎn)評估則是根據(jù)問題識別的結(jié)果，對故障的發(fā)生概率和影響程度進(jìn)行評估，以確定優(yōu)先處理的問題和采取的應(yīng)對措施。制定針對性的檢修計(jì)劃和維護(hù)方案是優(yōu)化檢修與維護(hù)策略的下一個(gè)關(guān)鍵步驟。根據(jù)問題識別和故障風(fēng)險(xiǎn)評估的結(jié)果，制定具體的檢修計(jì)劃，明確檢修的頻率、方法和步驟等。同時(shí)，制定定期維護(hù)、預(yù)防性維護(hù)和修復(fù)性維護(hù)等維護(hù)方案，保障設(shè)備的可靠運(yùn)行。實(shí)施方案是將制定的檢修與維護(hù)策略付諸實(shí)踐的過程。通過定期檢查和測試，可以發(fā)現(xiàn)潛在問題和異常情況，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行排除和維修。在方案實(shí)施的過程中，根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)備的更換和更新，提升系統(tǒng)的性能和可靠性。在方案實(shí)施后，需要通過監(jiān)控評估來評估優(yōu)化的檢修與維護(hù)策略的有效性。系統(tǒng)性能的監(jiān)測可以通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和分析來進(jìn)行[5]。對于實(shí)施的檢修與維護(hù)策略，進(jìn)行策略有效性評估和維護(hù)工作效果評估，以確定所采取的措施是否取得了預(yù)期的效果。

3 防治措施效果評估

3.1 故障前后指標(biāo)對比

為了評估防治措施的有效性，研究進(jìn)行了檢修與維護(hù)策略優(yōu)化前后指標(biāo)的對比分析，相關(guān)參數(shù)設(shè)定見表1。通過比較優(yōu)化前后的關(guān)鍵指標(biāo)，可以了解防治措施對系統(tǒng)性能和故障率的影響程度，優(yōu)化前后相關(guān)指標(biāo)對比如圖1所示。

圖1 檢修與維護(hù)策略優(yōu)化前后故障情況對比

可以看出，引入防治措施后，故障前后的指標(biāo)發(fā)生了明顯變化。第一，在任一運(yùn)行時(shí)間點(diǎn)，優(yōu)化后的故障累計(jì)時(shí)長（ADF）均小于優(yōu)化前，意味著故障發(fā)生的平均時(shí)間變少，系統(tǒng)的可靠性提高。第二，相對于優(yōu)化前，優(yōu)化后的故障修復(fù)時(shí)長（FRT）均嚴(yán)格小于前者，故障修復(fù)時(shí)長平均降低了62.9%，表明在故障發(fā)生后，系統(tǒng)的恢復(fù)速度更快，系統(tǒng)的可用性得到了提高。第三，故障率從0.0065次/h 降低到0.0022次/h，說明故障減少了。

3.2 防治措施效果評估

第一，故障頻率減少。優(yōu)化檢修與維護(hù)策略后，系統(tǒng)的故障頻率明顯減少。通過故障率的比較可見，在優(yōu)化后，故障比原來減少了2/3，這表明防治措施能夠有效地減少故障的發(fā)生。

第二，系統(tǒng)可靠性提高。防治措施的實(shí)施使系統(tǒng)的可靠性得到了顯著提高。通過400h 運(yùn)行時(shí)間的故障累計(jì)時(shí)長（ADF）對比可見，引入防治措施后，系統(tǒng)的ADF 下降，可靠性提高。

第三，故障恢復(fù)速度加快。防治措施的實(shí)施使系統(tǒng)的故障修復(fù)速度加快。故障修復(fù)時(shí)長（FRT）的對比顯示，在防治措施實(shí)施后，系統(tǒng)的平均故障修復(fù)時(shí)長降低了62.9%，這意味著系統(tǒng)在故障發(fā)生后能夠更快地恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

本文的研究還存在一些限制。第一，研究所采用的防治措施和評估結(jié)果僅基于特定的實(shí)驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)，因此需要進(jìn)一步在更廣泛的實(shí)際場景中驗(yàn)證和推廣。第二，防治措施的實(shí)施需要充分考慮成本、技術(shù)可行性和運(yùn)維要求等因素，確保其實(shí)際可行性和可持續(xù)性。未來的研究方向包括進(jìn)一步深入研究二次回路故障的機(jī)理和影響因素，探索更有效的防治措施和解決方案，并結(jié)合智能化技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析等方法，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的智能化運(yùn)維和預(yù)測性維護(hù)。這將有助于提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)一步推動(dòng)電力系統(tǒng)的發(fā)展和運(yùn)行。