浅谈牵引变电所继电保护故障分析与应对策略

摘要:在牵引变电所的日常运行中,继电保护作为尤为关键的组成部分之一,发挥着安全屏障功用,可以检测各种故障及异常状况,并及时反应安全问题,尽可能地减少损失,同时推动电力行业的进一步发展。然而,一旦继电保护发生故障,则会影响到牵引供电的稳定性。为此,本文从继电保护出发,针对牵引变电所当前的常见故障,探讨了相应的应对策略。

关键词:继电保护;牵引变电所;故障及策略

0 引言

伴随社会经济的增长,城市化进程也在持续进步。同时,国内电力事业也在飞快发展,用电安全性也备受关注。而为其配套安装的继电保护体系则发挥着至关重要的保护作用,为了促进国内城市经济的发展,则多方面分析常见继电保护体系故障,并提出的处理对策,进而结合现代化的技术来提高供电稳定性、避免故障发生便显得很有意义。

1 继电保护装置概述

作为一种安全自动类型装置,继电保护装置主要包含继电器、其余辅助元件。通过该类装置,可以体现出电气元件方面的故障及异常运行状态,并做出断路器跳闸或外发信号。在牵引变电所,常见继电保护作为重要的组成部分,发挥着必不可少的作用。通过继电保护装置,可以自动检测故障、报警、保护切断,维护牵引供电体系的安全运行。所以,为了牵引供电体系安全运行,则应积极完善继电保护装置、多方面去除继电保护故障,进而保证牵引供电的可靠性。

2 牵引变电所常见继电保护故障

2.1 隐形故障

顾名思义,隐形故障一般是指继电保护发生的不能轻易被发现的故障或问题。在很多突然发生的巨大继电现象、牵引变电所严重运行故障均以这类隐形故障为根源性原因。这种故障存在一定的特殊性,主要的发生就是在外界种种因素的影响下,长时间累积变化而造成的,也就是从量变逐步转化发展为质变而带来的。在众多隐形故障中,很经典的案例情况就是在牵引变电所的长时间工作下,各种设备逐步发生老化现象。但是,在实际的运行中,这种故障短期内并不会有问题出现,也并不会干扰、影响到各种设备。但是,经过很长一段时间的运行后,各种设备便会不断老化,而影响到整个体系运行的精度、效率、灵敏性等,从而表现出该类继电保护体系故障,而引起大规模的不良故障现象。所以,针对牵引变电所,应注重继电保护方面的隐形故障,注意定期定时做好检测、维保工作,并认真按标准或规程展开工作。

2.2 运行故障

在当前的牵引变电所,供电体系继电保护运行故障属于常见、具有破坏性的一种继电保护故障类型。在牵引变电所当中,各种继电保护装置均有可能会呈现该类故障。譬如,在变电站电网长期的运行中,便会呈现各种线路发热现象,而迫使局部呈现异常温度情况,从而有可能会降低继电保护所发挥的功能。在牵引变电所的众多继电保护类型故障中,常见的便是牵引变电所内部的电压互感器呈现出的二次电压回路运行故障。在继电保护装置上,电压互感器作为很重要的组成部件,直接关乎着电力二次体系的整体运作效果。以上故障的主要原因大多数是习惯性电力机械失误操作而造成的短路。针对电压互感器而言,错误的接地方式、重叠的继电保护电压而带来的电压相位改变等也会带来该类故障。

2.3 装置故障

从继电保护装置角度上看,主要的故障原因就是选用继电保护设备本身有缺陷。比如,元件不够准确、不合格等;选用继电保护并不适合,而在不和谐、不合适的情况下造成的故障。从设施缺陷上看,主要表现在整个继电保护体系设施呈现整体故障、各种零部件及元件呈现故障。同时,长期使用、未及时更新、忽视继电保护必要的检修工作等,均有可能会迫使继电保护体系装置呈现整体故障。此外,牵引变电所在购置继电保护体系装置时,若未严格做好必要的检验及删选工作,选用劣质装置也会带来继电保护故障。同时,各种继电保护体系装置所用的零部件、元件均应满足精度、质量等方面的标准要求。一旦采用不达标零部件,则会迫使内部元器件呈现不稳定、发热、设计不当等情况,而增加继电保护装置整体故障率。此外,若牵引变电所内部的继电保护装置无法匹配电力系统,所选继电保护装置也很难结合到牵引变电所体系,则即便用的是高精度、优异灵敏性的继电保护装置,也无法很好地起到作用,并提升故障率。针对牵引变电所而言,继电保护装置呈现的本身故障以开关保护设备未正确选用所造成的继电保护类型故障常见。

3 牵引变电所应对继电保护故障的策略

3.1 引入现代化的继电保护技术及设备

在牵引变电所,很多大型事故均主要由隐形继电保护故障造成的。但当前还很难发现隐形继电保护故障,所以,便应多方面提升继电保护技术。针对继电保护体系而言,许多元件均较敏感。当外界环境改变时,便会致使继电保护装置呈现程度各异的故障,并程度各异地损坏保护设备。为了降低继电保护体系运行故障概率,则应强化设备抗外界干扰的性能,并控制牵引供电体系中的安全可靠运行。这样便应强化软硬件的整体抗干扰性,有成效结合以上两个方面,来尽可能地减少继电保护装置整体故障概率,进而维护牵引供电体系的稳定、安全、可靠运行。此外,伴随科技的飞快进步,牵引变电所内部的继电保护体系也越来越数字化、人工智能化、自动化。所以,便应积极引入现代化的技术设备,来更准确地辨别、找出隐形故障,以维持牵引变电所整个继电保护体系得以正常运行。

3.2 细致记录故障原由

在当前的牵引变电所内,具体运行继电保护装置时,常常会呈现形式丰富多样的故障。为了提供给维修人员更多的处理经验,则应注意详细、准确地细致记录下来现场人员分析得出的继电保护装置体系故障的原由、形式等。再细心观察故障,来强化记录故障方面的作用,提供给维修人员更多有用的处理依据。在具体的故障记录中,关键的就是准确记录下来故障准确原由,并多方面分析故障原由,进而为提出处理措施所需的关键参考依据,以提升维修效率。另外,还防止了在维修继电保护装置中所消耗的人力、财力及需要的时间,从源头上提升故障处置效率及质量。

3.3 直接处理故障

通过直接处理法,会在发生继电保护体系故障时,有针对性地直接采取的处理措施。该类方法一般适合突发、紧急现象。例如,当继电保护元件呈现故障,但是却暂时缺少可供代替的元件,所以,为了防止该类故障带来损失,则可通过直接处理法,来临时替换装置。此外,倘若不能用化的检测仪器直接检测出来继电保护装置发生的故障,并且确定不了问题发生的地方,又或继电保护装置并不匹配牵引变电所内部的电力体系,则可以考虑直接处理法来予以处置。

3.4 保养维修及更换元件法

从继电保护装置角度上看,针对零部件或元件所发现的问题而带来的故障,便应注意定期定时地检测、维修、保养牵引变电所内部的继电保护。在长期持续的工作下,在牵引变电所元器件使用环境条件及寿命、外界环境的改变等种种原因下,则容易迫使继电保护装置发生失灵、老化。所以,在牵引变电所,便需要有关的维护人员注意定期维修检查继电保护体系,以避免继电保护呈现出大型运行故障。此外,在日常的检修、维护中,一旦发现部分元件呈现严重问题,则应及时及时予以更换,来保障继电保护体系得以正常发挥性能,并保障可靠度。

3.5 优化管理系统

在牵引变电所,应及时完善整个管理系统,做好继电保护方面的验收试验,并且定期检验、补充检验。同时,还应明确责任到人,建立完善的故障分析、汇报、处理等方面的制度,以及时处理继电保护故障。此外,还应规范操作标准原则及方法,以教育、经验交流等,来促进相关工作人员不断增强业务能力,以防人为失误而带来继电保护故障,严禁误整定、误碰、误接线。

4安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台

4.1 概述

基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境场景等需求，实现数据一个，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收警报，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。

4.2 应用场所

适用于电信、金融、交通、能源、医疗卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。

4.3系统结构

系统可分为四层：即感知层、传输层、应用层和展示层。

感知层：包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外，其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。

传输层：包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过交换机把数据上传至指定的服务器端口，网络故障时数据可存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

应用层：包含应用服务器和数据库服务器，若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址，以接收各智能网关主动传送过来的数据。

展示层：用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。

4.4系统功能

4.4.1用能月报

用能月报支持用户按总用电量、变电站名称、变电站编号等查询所管理站所的用电量，查询跨度可设置为月。

4.4.2站点监测

站点监测包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

4.4.3变压器状态

变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

4.4.4运维

运维展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

4.4.5配电图

配电图展示被选中的变电所的配电信息，配电图显示各回路的开关状态、电流等运行状态及信息，支持电压、电流、功率等详细运行参数查询。

4.4.6监控

监控展示了当前实时画面（直播），选中某一个变配电站，即可查看该变配电站内信息。

4.4.7电力运行报表

电力运行报表显示选定站所选定设备各回路指定采集间隔运行参数和电能抄表的实时值及平均值行统计。

4.4.8警报信息

对平台所有警报信息进行分析。

4.4.9任务管理

任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

4.4.10用户报告

用户报告页面主要用于对选定的变配电站自动汇总一个月的运行数据，对变压器负荷、配电回路用电量、功率因数、警报事件等进行统计分析，并列出在该周期内巡检时发现的各类缺陷及处理情况。

4.4.11APP监测

3.12APP支 电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、用电量、、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件警报查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。

4.5系统硬件配置

应用场合	型号	外观图	型号、规格
变电所运维云平台	AcrelCloud-1000

	AcrelCloud-1000变电所运维云平台基于互联网＋、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台，满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境场景等需求，实现数据一个，集中存储、统一管理，方便使用，支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收警报，并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
网关	ANet-2E4SM

	4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
扩展模块ANet-485	M485模块：4路光耦隔离RS485
扩展模块ANet-M4G	M4G模块：支持4G全网通
中压进线	AM6-L

	三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护
APM810

	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种警报类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示；
中压进线	APView500		相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压／电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动／闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G,16D0+22D1,通讯 2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口，支持U盘读取数据，支持61850协议。
中压馈线	AM6-L

	三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护
APM810

	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In；四象限电能；实时及需量；电流、电压不平衡度；负载电流柱状图显示；66种警报类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录；2-63次谐波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD显示；
低压进线	AEM96

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3×1.5(6)A，有功电能精度0.5S级,无功电能精度2级；工作温度：-10℃～+55℃；相对湿度：≤95不结露
低压出线	AEM72

	三相电参量U、1、P、Q、S、PF、F测量，总正反向有功电能统计，正反向无功电能统计；2-31次分次谐波及总谐波含量分析、低压出线分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）；电流规格3x1.5(6)A,有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级
ADW300

	三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目）
无线测温	ATE-400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5安培,测温范围－50-125℃,测量精度±1℃;传输距离空旷150米
ATC-600		两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收ATE系列传感器、 AHE等传输的数据，1路485,2路警报出口。
环境温湿度	WHD

	WHD温湿度控制器产品主要用于中高压开关柜、端子箱、环网柜、箱变等设备内部温度和湿度调节控制。工作电源：AC/DC85～265V工作温度：-40.0℃～99.9℃工作湿度：0RH～99RH
水浸传感器	RS-SJ-*-2		接触式水浸传感器，监测变电所、电缆沟、控制室等场所积水情况，工作电源：DC10-30V工作温度：－20℃+60℃工作湿度：0%RH~80%RH响应时间：1s继电器输出：常开触点。
摄像机	CS-C5C-3B1WFR		支持720P高清图像，支持分辨率可达到130万像素（1280*960)内置麦克风与扬声器具有语音双向对讲功能，支持萤石云互联网服务，通过手机、PC等终端实现远程互动和观看。
烟雾传感器	BRJ-307		光电式烟雾传感：电源正端（DC12V):+12V 继电器输出：常开触点
门禁	MC-58(常开型）

	常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度，干接点输出。
配套附件	ARTU-K16		常开型；感应距离：30-50mm材质：锌合金，银灰色电度干接点输出
KDYA-DG30-24K		输出DC24V;24V电源

5结语

总之,在牵引变电所,常见的继电保护至关重要。只有继电保护安全无故障,才能维持牵引电力体系的顺畅运行。所以,应从继电保护出发,积极分析常见故障,并提出行之的科学应对策略,以保证整个牵引变电所体系的正常运行。

参考文献

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[2]刘健,刘超,张小庆,张志华.配电网多级继电保护配合的关键技术研究[J].电力系统保护与控制,2015,(09).

[3]王同文,谢民,孙月琴,沈鹏.智能变电站继电保护系统可靠性分析[J].电力系统保护与控制,2015,(06).

[4]陈星田,熊小伏,齐晓光,郑昌圣,钟加勇.一种用于继电保护状态评价的大数据精简方法[J].中国电机工程学报,2015,(03).

[5]刘明晓.牵引变电所继电保护故障分析与应用对策[J].

[6]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022,05版.

作者简介

闻什益 ，现任职与安科瑞电气股份有限公司，手机：[phone]（微信同号）

审核编辑 黄宇