叶中桉

厦门轨道交通建设发展集团有限公司，福建 厦门 361000

0 引言

在电网运营体系中，继电保护系统是十分关键的一环，是保证整个动力系统平稳运转的关键[1]。继电保护系统设备作为保障供电稳定的关键设备，近些年逐步向智能控制、数字信息化的方向演变，加强了继电保护系统设备的功能[2]。但在继电保护系统的底层工作流程中，继电保护系统故障比较常见，且危险性很大，许多大型企业一直把继电保护系统的维修检测和故障处置视为重点研究项目[3]。

1 继电保护系统概述

继电保护系统的主要功能是保障电力系统和重要电力设施的安全、平稳工作。在供电系统中发生问题和故障时，继电保护系统可以对所检测的电力系统信息进行一定的算法处理，加以逻辑功能设计，然后输出动作指令，从而实现实时监测、预先告警、切除故障设备等功能[4]。继电保护系统可以保障电力系统的正常运行，对此，相关部门工作人员需要掌握各种继电保护技术，准确掌握当前电力系统的管理实施及安全运行情况，分析统计电力系统运行过程中生产的一系列数据信息，在风险预警发生之前，给相关工作人员提供安全警报。

通常情形下，由于电流等级的差异，主变压器、输电线、并联电容器等装备的工作状况和电气反应特点各有不同，必须进行差异化的继电保护设计，电力设备的生产商必须分析继电保护装置的实际使用情况，生产具备特殊用途的继电保护装置。在技术实现过程中，以通信软件作为技术实现的基础保障，然后在接入系统的支持下逐步实现信息的端对端及广播式传送与接收。在系统通信的实现过程中，系统层面的继电操作误差可以自行修正，保证了系统效能的充分发挥。在继电保护过程中，后端控制系统能够监控控制界面，在人机交互操作的环境中，可以实现继电保护警报、规约，储存事故信息以及控制和维护远方电力系统等功能。通常情形下，平台控制系统和平台管理系统软件之间相互连接，实现了继电综合维护的智能化，并且使平台操作的设备拥有报表管理、图像显示、图像检索等功能，对共享数据库的实时刷新产生了重要影响。

针对继电保护系统复杂、关联设备较多的特点，为了确保继电保护系统在模拟量采集、计算分析、开关量执行等环节的可靠运行，需要研究继电保护系统维修检测工作的要点，梳理故障处置对策和经验，指导技术人员进行现场操作，提升工作效率，以满足企业安全生产需求[5]。

2 继电保护系统的管理和维护

2.1 运行管理

需要加强对运行中的继电保护系统及设备的管理。

（1）定期检查、分析每套保护系统在运行中反映出来的各类不平衡分量以及触动外壳时有可能动作的出口继电器，建立定期检查和记录制度，并从中找出薄弱环节和事故隐患，及时采取有效对策[6]。

（2）建立完善的故障信息管理系统，对运行中的继电保护系统和设备的故障信息按各线网供电系统层级、设备类型进行管理，提供设备故障溯源资料，提高事故响应及故障修复效率。

（3）加强对保护信息远传的管理，制定远程修改在线运行的微机保护整定值的管理和安全防护机制，禁止开放远方修改定值、软件和配置文件等功能。

2.2 检修维护

严格防范检修维护过程中可能出现的安全隐患。

（1）在开关运行状态下，进行继电保护系统及相关设备的检修工作，提前做好继电保护系统危险点预控分析及填写二次工作安全措施票，以保证停用部分与运行部分界面清楚、完全隔离。

（2）多套保护回路共用一组CT或可引起其他保护出口动作时，在需要检测的继电保护系统电流回路靠近电缆侧的端子排短接后，拆开并固定好电流端子连接片，做好防护标志，在电流端子靠近保护装置侧进行检测；同时将保护出口接点与外部连接的二次电缆全部断开，并做好绝缘包扎等防护措施。

（3）进行继电保护系统整组检测时，应使对应开关设备处于合闸运行状态，从电流及电压端子通入与故障情况相符的模拟故障量，检查保护回路及整定值的正确性，禁止使用卡继电器接点、短路接点或类似人为手段进行保护装置的整组检测。

（4）对处于35 kV环网同一供电臂的GOOSE通信介入型保护装置，应校核继电保护系统通信设备传输信号的可靠性和冗余度，防止因通信问题引起保护选跳功能丧失，而造成误动作。

（5）对处于同母进出线的35 kV三工位开关柜设备，在运营期间开展接地电焊等作业时，应断开对应的35 kV开关，同时相应保护及控制电源空气开关应处于合闸状态，防止电焊电流通过高压电缆及35 kV三工位开关维护接地的闭合电流回路，启动过电流、开关失灵等保护，触发上一级继电保护系统装置的误动作现象。

3 继电保护系统的检测

3.1 采样回路检测

继电保护系统需要通过采集电流、电压等模拟量来感知电力系统的各项电气量参数，故在系统投入使用前必须做好基础采样层设备、回路的各项检测工作，防止虚接、寄生回路、设备超负荷等原因造成采样精度下降、电流量分流、电压短路等故障及隐患。

3.1.1 电流采样

电流采样时，应实测电流互感器的二次负载阻抗，并与变比、10%误差曲线检测数据进行核对测算，验证系统发生短路故障时是否满足准确等级能力的要求；同时，应对二次绕组输出回路的闭合情况逐个进行检测，一般在回路的最始端接线处或端子排处施加额定电流，检测回路中各设备的实测采样电流，判断闭合回路是否完整及是否存在寄生回路分流情况。

3.1.2 电压采样

电压采样时，应在各二次电压母线施加额定电压量，检测回路中各设备的实际采样电压，判断电压母线上的设备接入情况和是否存在短路现象。检测前应确认二次相线及中性点的接线与电压互感器本体完全断开，防止发生反送电，造成高电压伤害。

3.1.3 二次接地

电流互感器CT及电压互感器PT的二次回路必须有且只有一点接地，由几组CT二次组合的电流回路，如差动保护、双断路器主接线的保护电流回路，其接地点宜选在控制室。各PT二次中性点不得接到可能断开的开关或接触器等设备，各PT中性点在开关场的接地点应断开，其二次回路经零相小母线N600联通后，在控制室保护屏柜内进行一点接地，并做好标识挂牌。

3.2 保护动作能力检测

继电保护系统设备在直流电源环境下工作，对电源电压的参数变化应有较高的适应能力，确保在直流供电能力下降过程中，各类动作线圈和出口接点仍有较强的动作可靠性。

3.2.1 继电保护装置

应退出直流系统的工作电源，通过检测仪器或直流检测电源屏输出对保护装置进行拉合直流电源的检测，包括失压后短时接通、断续接通、直流电压缓慢及大幅度地升或降的检测，检测过程中不得出现误动作或信号误表示的情况。继电保护装置应在85%额定直流电压条件下能够正确动作，更换不能自动起动的直流逆变电源。

3.2.2 继电保护出口继电器

实测出口继电器起动电压不应低于直流额定电压的55%，以防止继电器线圈正电源侧接地时因直流回路过大、电容放电引起误动作；也不应高于70%，以保证直流电源降低时可靠动作和正常情况下快速动作。

3.2.3 断路器跳、合闸线圈

实测断路器跳闸线圈动作电压不应低于额定电压的30%，不应高于额定电压的65%，以防止直流回路一点失地造成保护跳闸；跳、合闸线圈的出口接点控制回路必须设有串联自保持的继电器回路，以保证出口继电器的接点不断弧，断路器可靠动作。

3.3 保护出口逻辑检测

多功能集成的继电保护装置在投入使用前应做好出口逻辑检测和后台信息正确性核对，确保设备投入使用后保护功能不缺失。针对多项保护功能共同作用于一个开关出口跳闸压板的情况，在进行保护功能校验时，应根据保护出口矩阵方式逐个检查直至其硬压板接线处，防止保护装置内部跳接线错误，避免不能实际动作于相应断路器。对于保护装置各项动作信息，除检查各工作、备用信号接点外，还应逐一核对综合监控系统的报文动作情况及报文名称的正确性。

4 继电保护系统的故障监测与排查方法

导致继电保护系统故障的因素较多，比较常见的有内部设备及其元件质量和安装接线遗留隐患、环境温度过高及设备超负荷运行、外部系统故障的影响等。如果不能严格控制、规范应用，继电保护系统就不能充分发挥应用的保护功能，甚至造成各种事故或问题的爆发，使整体动力系统的正常安全运行受到损害。专业技术人员要掌握故障的监测与排查策略，才能更加迅速、精确地寻找到故障地点。

4.1 综合推算法

综合推算法适用于电力系统发生故障跳闸后，在未发现实际高压电气设备故障点或故障现象未达到预定的启动跳闸条件的情况，以及继电保护系统出口动作后而造成的非正常停电事故。针对此类故障，应根据实际设备的运行方式直接推算分析继电保护系统动作的正确性。

（1）参考故障电气设备的接线方式、系统运行方式、潮流方向，分析继电保护系统装置与其对应关系是否正确。（2）排查高压设备电气参数与继电保护系统动作值的对应关系，主要包括一次设备的额定电气参数、电流互感器变比等。（3）核对继电保护系统装置的整定值设置情况，综合推算分析引起保护动作的条件。

4.2 回路验证法

经综合推算后，如果仍无法发现造成非正常停电事故的继电保护系统的故障原因，需要应用回路验证法对相关继电保护系统设备及回路进行逐一检查，验证其功能的正确性，从而复现故障现象。

（1）检查电流、电压采样回路是否存在虚接、短路等造成误动作风险的情况。（2）检查继电保护系统的电源、CPU的工作状态，排除保护装置死机、内部故障等引起不正常工作状态的可能。（3）校验并核对继电保护系统功能逻辑的正确性。（4）检查、测试继电保护系统出口继电器的动作值及跳、合闸二次回路的接线可靠性。

4.3 外因排除法

外因排除法可以把一些电气设备外部出现的问题放到一起加以比较分析，查找引起继电保护系统故障的原因。

（1）调取变电所内的故障录波信息，排查故障发生期间出现的各类开关量变位、模拟量突变信息。（2）排查环境影响因素，如雷电入侵、环境温度过高、环境湿度过大、设备超负荷运行等情况。（3）排查下级供电负荷故障因素，如大功率电机多台叠加连续启动、零序电流接地保护选择性未投入等。（4）排查上级电网供电质量因素，如外部电源短路故障引起的穿越电流影响、长距离高压电缆输电容升现象等。

5 结束语

电力系统继电保护可以应用在电力一类电气设备，具备监视、自动检测和维护的功能。当出现供电系统故障后，继电保护系统和故障检查能够准确、高效地提供跳闸命令，这些命令具有选择性，一方面能有效切除故障，另一方面能产生故障警报，这将进一步减少故障给整个供电系统的运营造成的恶劣影响。