电力系统微机继电保护装置的故障分析

电力系统微机继电保护装置的故障分析

摘要：文章重点对电力系统微机继电保护装置的故障进行了分析，并提出了处理措施。

关键词：微机保护；故障分类；处理方法；

目前，微机保护以其维护方便、功能强大，集保护、自动装置及测量控制功能于一体，逐步取代了传统的继电保护，在电力系统中得到了广泛的应用。然而，微机继电保护装置也会经常遇到一些故障，下面就针对这些故障分析处理展开论述。

1 微机保护的特点及应用优势微机保护充分利用了计算机技术上的两个显著优势：高速的运算能力和完备的存贮记忆能力，以及采用大规模集成电路和成热的数据采集，A/D模数变换、数字滤波和抗干扰措施等技术，使其在速动性、可取性方面均优于以往传统的常规保护，而显示了强大生命力，与传统保护相比，微机继电保护装置共有的优点主要有以下几点：⑴可靠性高。微机保护装置具有自诊能力，可随时对其自身的硬件和软件进行检测，如有异常就会发出报警。⑵保护性能得到较好改善。微机保护装置是用数学运算方法来实现保护功能。⑶易扩展功能。便于信息的管理与交换。微机保护装置能提供各种动作时序、动作时间、故障类型、相别及故障前后电压、电流跟踪采样记录等信息，对线路保护，还可附加测距功能。(4)维护调试方便。

2 装置的种类及原因分析

2.1 定值问题

2.1.1 整定计算差错

为减少误差，设计、基建、技改主管部门应及时、准确地向保护计算人员提供有关计算参数、图纸；施工部门在调试完保护设备后应及时将有关保护资料移交给运行部门。

2.1.2 人为整定错误

人为整定错误的情况主要表现：看错数值；TA、TV变比计算错误；在微机保护菜单中找错位置，定值区使用错误；运行人员投错压板(联结片)等。为此在设备送电之前，至少应有2人再次进行装置定值的校核。

2.1.3 装置元器件老化

（1）元器件老化及损坏。元器件的老化积累必然引起元器件特性的变化和损坏，不可逆转的影响微机保护的定值，现场曾发生过因A/D 转换精度下降严重引发事故的情形。所以南方电网规定每3 年就要作一次微机保护采样实验，

看看采样是否正常。

（2）温度与湿度的影响。微机保护的现场运行规程规定了微机保护运行的环境温度与湿度的范围，电子元器件在不同的温度与湿度下表现为不同的特性，在某些情况下造成了定值的漂移。

（3）定值漂移问题。现场运行经验表明: 如果定值的偏差≤5%， 则可忽略其影响，当定值的偏差≥5%时应查明原因，才能投入运行。变电所要加强宣传的核对工作，且应选择有良好运行工况的装置。

2.2 电源问题

2.2.1 逆变稳压电源问题

（1）纹波系数过高。纹波系数是指输出中的交流电压与直流电压的比值，交流成分属于高频范畴，高频幅值过高会影响设备的寿命， 甚至造成逻辑错误或导致保护拒动。因此要求直流装置有较高的精度。

（2）输出功率不足或稳定性差。电源输出功率的不足会造成输出电压下降，若电压下降过大，会导致比较电路基准值的变化，充电电路时间变短等一系列问题，从而影响到微机保护的逻辑配合，至逻辑功能判断失误。尤其是在事故发生时有出口继电器、信号继电器、重动继电器等相继动作，要求电源输出有足够的功率。如果现场发生事故时，微机保护出现无法给出后台信号或是重合闸无法实现等现象，应考虑电源的输出功率是否因元件老化而下降。对逆变电源应加强现场管理，在定期检验时一定要按规程进行逆变电源检验。长期实践表明，逆变电源的运行寿命一般在4～6年，到期应及时更换。南方电网要求每6年就更换一次微机保护电源。

现场的熔丝配置是按照从负荷到电源，一级比一级熔断电流大的原则配置的，以保证在直流电路上发生短路或过载时熔丝的选择性。但是不同熔丝的底座没有区别，如运行人员疏忽，会造成上下级不配合，故必须认真核对，或建议设计者对不同容量的熔丝选择不同的形式，以便于区别。

2.2.2 带直流电源插拔插件

现场发生过多起在不停直流电源的情况下，插拔各种插件造成装置损坏或事故。现场加强监督，做到一人操作一人监护，严禁带电插拔插件。

2.3 TA饱和问题

随着系统短路电流急剧增加， 在中低压系统中电流互感器TA 的饱和问题日益突出，已影响到继电保护装置动作的正确性。现场馈线保护因电流互感器饱和而拒动，主变压器后备保护越级跳开主变压器三侧开关的事故时有发生。由于数字式继电器采用微型计算机实现， 其主要工作电源仅有5V左右，数据采集

部分的有效电平范围也仅有10V左右，因此能有效处理的信号范围更小，TA的饱和对数字式继电器的影响将更大。

2.3.1 对辅助判据的影响

有的微机保护中采用IA+IB+IC=3I0，但作为正常运行时的闭锁措施是非常有效的；作为TA回路断线和数据采集回路故障的辅助判据， 在故障且TA饱和时，就会使保护误闭锁，引起拒动。

2.3.2 对基于工频分量算法的影响

在TA饱和时，工频分量与饱和角有关，故数字式继电器的动作将受到影响。

2.3.3 防止TA饱和的方法与对策

对TA饱和问题，从运行设计和故障分析的经验来看，主要采取分列运行方式或串联电抗器来限制短路电流；采取增大保护级TA的变比，以及用保护安装处可能出现的最大短路电流和互感器的负载能力与饱和倍数来确定TA 的变比；采取缩短TA二次电缆长度及加大二次电缆截面(例如我局现在的电流回路都采用2.5㎡以上的电缆)；保护安装在开关处的方法有效减小二次回路阻抗，防止TA饱和。

2.4 抗干扰问题

微机保护的抗干扰性能较差，对讲机和其他无线通讯设备在保护屏附近使用，会导致一些逻辑元件误动作。现场曾发生过电焊机在进行氩弧焊接时，高频信号感应到保护电缆上使微机保护误跳闸的事故发生。基建、技改都严格执行有关反事故技术措施，要尽可能避免操作干扰、冲击负荷干扰、直流回路接地干扰等问题的发生。

2.5 插件绝缘问题

微机保护装置的集成度高，布线紧密。长期运行后，由于静电作用使插件的接线焊点周围聚集大量静电尘埃，可使两焊点之间形成了导电通道，从而引起装置故障或者事故的发生。

2.6 软件版本问题

由于装置自身的质量或程序漏洞问题，只有在现场运行过相当一段时间后才能发现。因此在保护调试、检验、故障分析中发现的不正常或不可靠现象应及时向上级或厂商反馈情况，更新程序版本以便改进。而公司每年都会进行2～3次定值和版本核查。

2.7 高频收发信机问题

在220kV线路保护运行中，收发信机问题仍然是造成纵联保护不正确动作的主要因素，包括元器件损坏、抗干扰性能差等。应注意校核继电保护通信设备(光纤、微波、载波)传输信号的可靠性和冗余度， 防止因通信设备的问题而引起保护不正确动作。另外，高频保护的收发信机的不正常工作，也是高频保护不正确动作的原因之一，云南电网就曾发生多起收发信机电源消失而造成高频保护误动作时间。

3 故障处理的基本思路

3.1 正确充分利用提供的一切故障信息

利用故障录波和时间记录、微机事件记录、故障录波图形、装置灯光显示信号是事故处理的重要依据。若判断故障确实是出在继电保护上，应尽量维持原状，做好记录，做出故障处理计划后再开展工作，以避免原始状况的破坏给事故处理带来不必要的麻烦。

3.2 动作正确的检查方法

（1）逆序检查法。如果利用微机事件记录和故障录波不能在短时间内找到事故发生的根源时，应注意从事故发生的结果出发，一级一级往前查找，直到找到根源为止。这种方法常应用在保护出现误动时。

（2）顺序检查法。该方法是利用检验调试的手段来寻找故障的根源。按外部检查、绝缘检测、定值检查、电源性能测试、保护性能检查等顺序进行。这种方法主要应用于微机保护出现拒动或者逻辑出现问题的事故处理中。

（1）运用整组试验法。此方法的主要目的是检查保护装置的动作逻辑、动作时间是否正常，往往可以用很短的时间再现故障，并判明问题的根源，如出现异常，再结合其他方法进行检查。

3.3 故障处理的注意事项

（1）对试验电源的要求：在进行微机保护试验时，要求使用单独的供电电源，并核实试验电源是否满足三相为正序和对称的电压， 并检查其正弦波及中性线是否良好，电源容量是否足够等要素。

（2）对仪器仪表的要求：万用表、电压表、示波器等取电压信号的仪器必须选用具有高输入阻抗者。继电保护测试仪、移相器、三相调压器应注意其性能稳定。

4 提高继电保护故障处理能力的途径

掌握和了解继电保护故障的原因和处理的基本方法是提高继电保护故障和

事故处理水平的重要条件，同时要强调下述几个问题：

（1）必须掌握保护的基本原理和性能，根据保护及自动装置产生的现象分析故障或事故发生的原因，迅速确定故障部位。

（2）运用正确的检查方法。一般继电保护故障往往经过简单的检查就能够被查出，如果经过一些常规的检查仍未发现故障元件，说明该故障较为隐蔽，此时可采用逐级逆向检查法，即从故障现象的暴露点入手去分析原因，由故障原因判别故障范围。如果仍不能确定故障原因，就采用顺序检查法，对装置进行全面的检查。

（3）掌握微机保护故障处理技巧。在微机保护的故障处理中， 以往的经验是非常宝贵的，它能帮助工作人员快速消除重复发生的故障，但技能更为重要，现针对微机保护的特点总结如下：①替代法， 是指用规格相同、功能相同、性能良好的插件或元件替代被怀疑而不便测量的插件或元件；②对比法，是将故障装置的各种参数或以前的检验报告进行比较，差别较大的部位就是故障点；③模拟检查法，是指在良好的装置(一般为备用装置)上根据原理图(一般由厂家配合)对其部位进行脱焊、开路或改变相应元件参数，观察装置有无相同的故障现象出现，若有相同的故障现象出现，则故障部位或损坏的元件被确认。

5 结束语

随着系统的不断完善、不断发展，系统的安全性、可靠性、稳定性将不断提高，大大提高了保护专业管理水平，提高电网自动化水平，为电网事故分析处理提供及时支持和有效方法，为电网的安全运行发挥作用。