王 瀚

（国网重庆市电力公司璧山供电分公司，重庆 402760）

1 继电保护电力系统的短路故障分析

1.1 绝缘体分析

绝缘体故障主要是指绝缘体破损而造成的故障现象，一旦破损发生会导致电力系统稳定性下降并形成短路故障。这是因为在绝缘体出现破损之后，导致其性能明显下降，甚至无法发挥绝缘功能，导致电力系统中所传输的电流量明显增加。此时，一旦系统中流动的电流值超过标准值，则会导致故障现象。

而造成这一现象的原因是多方面的，例如部分装置的运行环境温度偏高，高温会加剧绝缘装置老化，最终引发故障；或者在潮湿的工作环境下，也会导致绝缘体老化，并且随着空气中大量的水分子被吸附在绝缘体表面后，再有电流通过，将导致水分子与电流产生反应，最终引发故障，甚至电力系统的安全问题。

1.2 电力用户分析

电力用户故障是指用户家中大功率用电设备不断增加而造成巨大的电路负荷，再加之居住区人口密度增加，给电力系统带来巨大的压力。除此之外，在电力用户长时间使用中，线路的老化与破损也是常见现象，因为工作人员忽视日常检查与维修、没有及时更换故障设备等行为，最终导致故障现象发生。

1.3 二次回路绝缘损坏分析

二次回路绝缘损坏主要集中在控制回路中，是电力系统常见故障现象。一旦继电保护装置发生二次回路绝缘损坏，系统有较高风险出现拒动或者误动问题；若二次导线或者控制电缆本身存在质量问题，随着运行时间的推移，电力系统可能出现绝缘击穿等安全事故，甚至威胁工作人员的生命安全。

2 短路保护关键技术

2.1 熔断器保护

熔断器保护是短路保护的常见形式，主要由熔断器完成。熔断器主要包括绝缘管、熔体等几部分。体串被连接在被保护的电路中，当短路现象发生后，因为瞬时电流过大而导致熔体瞬时熔断，达到快速阻断电流的目标，完成系统保护。

现阶段，市场上常见的熔断器主要分为5种，其相关资料如表1所示。

表1 熔断器信息

2.2 相电流保护

相电流保护的关键点是利用电流互感器，采用机械的方式达到短路保护的目的。在该技术应用阶段，相电流保护系统可以通过互感器去除电流，这样电流在通过继电器后，可以保障回路上存在常闭节点。该节点在短路发生后可以产生作用，电磁力与弹簧压力发生相互作用而抵消，并在此时去除主接触器的吸合电流，从而有效保护电流。

2.3 零序电流保护

该技术的关键点是利用接地时的零序电流保护动作的装置，即为零序电流保护，在技术应用中可以通过专用的零序电流互感器完成接地保护。当三相电流平衡时，电力系统运行期间不会产生零序电流，但是依然三相电流平衡情况被打破，则会产生零序电流。零序保护就是通过互感器来采集电力系统中的零序电流值，当采集的电流超过一定数额时，操控系统控制保护接触器吸合，进而断开电路。有经验证明，零序电流保护的优点明显，主要表现为：①零序过电流具有更高的保护灵敏度，一旦识别异常电流后即可做出反应；②该系统受系统运行方式的影响小，因此可以用于不同系统的保护；③过负荷与系统振荡等因素对零序电流保护效果的影响不明显。

为了强化零序电流保护效果，在应用中还应关注以下问题：①当电流回路断线时零序电流保护可能造成保护误动作，这是不容忽视的问题，为了解决该问题，一般可考虑利用相邻电流互感器零序电流闭锁，在经过上述处理后可以解决该问题。②出现零序电流的情况并非唯一，例如若电力系统发生不对称运行后也有可能产生零序电流，例如单相重合闸过程中的两相运行，或者空投变压器时产生的不平衡励磁涌流等，上述现象都有可能造成零序电流保护启动，因此相关人员应该做好鉴别。

2.4 距离保护

距离保护主要表示故障点至保护安装地点之间的距离，而距离继电器是根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。研究认为，当前我国电力系统中35kV及以上电压电力系统在运行期间，受到系统运行方式以及电网接线方式等因素影响，系统难以真正兼顾灵敏性与快速切除故障的要求，所以为了能够保障电力系统安全，则需要增加保护装置。在这一背景下，距离保护通过距离（阻抗）继电器，按照端子上所添加的电压与电流探测保护安装位置与短路点之间的阻抗，依然短路点与保护安装维持的距离较近时，系统所检测的阻抗值相对小，系统的动作时间更短；相比之下，随着距离的增加，则装置动作时间增长、阻抗更大，使工作人员有充足的时间清除故障路线。

现阶段，在距离保护机制下，为满足继电保护对灵敏度以及速动性的性能要求，普遍选择了3段动作范围时限特性模式。3段分别被称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段，分别对应电流速断、限时电流速断与过电流保护。在上述划分方法的基础上，当距离保护处于Ⅰ段时，系统处于瞬时动作状态，此段所保护的范围约为全线路长的85%左右；当距离保护距离为Ⅱ段时，其保护范围小于等于下一段线路与Ⅰ段的距离，同时有一个高出动作时间的时限，确保保护动作在短路现象发生后可以做出选择。最后的Ⅲ段则与过电流保护类似，阻抗性能更强，无论是保护范围还是动作时限，都比Ⅰ段、Ⅱ段更高。

3 继电保护电力系统短路故障应对措施

3.1 安装避雷装置

在处理继电保护电力系统短路故障时，自然因素的影响不容忽视，例如电力系统经常会因为雷击而造成线路损坏，造成短路、火灾等问题。因此，为了避免此类问题发生，则需要安装避雷装置，通过避雷器可以避免雷电在电力系统中引起电压瞬间升高而造成破坏。在安装避雷装置中应重点关注以下问题：①避雷器应设置在变压器与高压熔断器之间。②避雷器防雷接地下引线使用“三位一体”接地方式，即低压侧中心点、接地引下线、配电变压器金属外壳连接在一起，之后连接接地装置即可。③在多雷区等特殊位置应安装低压避雷器。

3.2 断开故障点电源

继电保护电力系统的内部结构复杂，各个构件精密度高，任意环节出现质量问题都会严重影响整个电力系统的运行。因此，对于工作人员而言，应及时处理电力系统的故障，避免故障范围扩大而导致系统崩溃。为实现该目标，工作人员应根据系统故障状态不断缩小故障识别范围，最终解决故障。根据相关学者研究结果，为实现该目标可采用动态记录装置来统计电流信息，或者通过替换法来寻找故障点，指派具有丰富经验的工作人员，结合继电保护故障现象来判断故障点分布情况，在确定疑似故障点位置后更换功能相同的元件。若故障消除，则证明替换的元件存在质量缺陷；否则，可以替换下一元件。分段处理方法也是断开故障点电源的常见方法，当继电保护故障发生后可以根据继电保护设备规则将其划分为若干个等级，按照设计的顺序逐一排查，直至精准找出故障点为止。

3.3 做好日常维护

电力系统日常维护可以降低继电保护电力系统短路故障发生率，减少故障损失，因此在日常工作中，工作人员应该关注以下3方面内容：①做好电力设备的日常保养与维护。为进一步提升设备的性能，未来工作中应做好设备清洁工作，及时清理设备表面的杂物与尘土等，避免因为尘土进入电力设备内部而影响其性能。②合理使用防腐策略。防腐是电力设备运维管理的重点内容，一般可根据不同部位制定相应的防腐措施，例如所有裸露在外的导体接头部位，在防腐中可直接涂抹电力复合树脂，该材料可以减少接头部位的氧化。同时电力系统中通常会将低碳钢作为接地网埋入土壤中，容易造成腐蚀而影响其性能，所以在防腐处理中工作人员可选择导电防腐涂料，在条件允许情况下以镀锌钢材为材料也可以避免腐蚀发生，保证电力系统正常运行。③考虑到继电保护装置对性能的特殊要求，在日常运行维护中应严格控制各个空间的环境，如继电保护室、主控室的最大相对湿度应小于等于75%，理想的运行环境可控制在10~26℃，通过严格控制相关数据可以降低环境因素对继电保护装置运行的影响。同时，继电保护与自动装置连接片、切换开关等设备的性能需要每月核对一次。针对继电保护及其自动装置的多套运行定制情况，在运行方式变动时应严格按照调度指令切换运行定制，并记录清楚。随着相关技术的发展，基于自动化的小波变换技术成为消除短路故障的有效方法。该技术可以通过暂态分量等方法，精准区分暂态分量与由干扰信号所产生的暂态分量信号。与传统的处理方法相比，该方法具有更快的响应速度，可以保障继电保护电力系统保护装置动作速度，使电力系统在发生短路时尽快做出响应。从技术优势来看，该方法能够从海量的短路保护信号中提取关键数据，有强大的信号特征分析控制能力，其消噪能力强，应该成为未来运行维护的突破口。

4 结语

继电保护电力系统短路保护成为保障电力系统正常运行的关键点。为了能够顺应未来电力系统发展要求，工作人员应该深入了解短路故障的发生原因以及短路保护的技术方案等，能够根据实际情况合理选择应对措施，这是降低电力系统故障发生率的重要组成部分。未来，为了能够降低电力系统故障发生率，工作人员应该将关注的重点放在日常运维管理、安装补偿器等方面，不断提升电力系统整体性能，这对于减少短路损失也有重要意义，可以最大限度地满足居民的日常生活。