发电厂继电保护装置故障排查与维护策略研究

发电厂继电保护装置故障排查与维护策略研究

巩磊，单祥

中国电建集团核电工程有限公司，山东济南，250100

摘  要：在发电厂中，继电保护装置作为电力系统的核心保护设备，对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。然而由于发电厂环境的复杂性以及继电保护装置本身的复杂性，易出现故障问题。因此，文章分析了继电保护装置运行中的常见故障，并阐述了故障排查的常用方法与技术，最后提出了相对应的维护策略和管理措施，以确保继电保护装置的稳定运行和电力系统的安全。

关键词：发电厂继电保护装置；故障；排查方法；维护管理策略

引言

在发电厂中，继电保护装置发挥了极其重要的作用。发电厂作为电力系统的源头，其稳定运行对于整个电力系统的安全至关重要。继电保护装置能够迅速切除故障设备，防止故障扩大，从而保障电力系统的稳定运行。同时，继电保护装置还能延长设备使用寿命。通过及时切除故障设备，避免设备长时间处于异常运行状态，可以减少设备的损坏和磨损，从而延长设备的使用寿命，降低设备维护成本。因此，做好继电保护装置故障排查方法以及维护策略的研究，对于确保发电厂安全运行具有重要作用。

1发电厂继电保护装置概述

1.1继电保护基本原理

继电保护是指在电力系统中利用继电器的触发作用，通过检测电力系统中的电气量（如电流、电压、功率等）或电气参数的变化，实现对电力系统的保护和控制。当电力系统中的电气量发生异常变化时，这些变化会被继电器感应到，并经过运算、比对和判断等操作，以确定是否超过给定的阈值或标准。一旦判断需要保护，继电器就会触发信号输出，对系统进行相应的控制和保护动作[1]。根据电气量的不同变化和保护需求，继电保护分为多种类型：

（1）过流保护。主要针对电力系统中的短路故障和其他大电流故障，通过监测电流大小来判断系统状态，防止设备过载烧毁。

（2）过压保护。用于监测系统中的电压超过额定范围的情况，当电压超过正常值时，保护装置将采取措施保护设备。

（3）欠压保护。用于检测系统中的电压低于额定范围的情况，防止设备无法正常运行或损坏。

（4）差动保护。通过比较电流输入端和输出端的差值，检测电流是否有异常，用于保护变压器、发电机等设备。

1.2继电保护装置组成

继电保护装置通常由测量元件、逻辑判断元件、执行元件以及辅助元件组成。其中，测量元件负责采集电气设备的电流、电压等电气量信息，是继电保护装置的基础；逻辑判断元件根据测量元件采集的信息，通过预设的逻辑关系判断是否发生故障，是继电保护装置的核心；执行元件在逻辑判断元件确认故障后，负责切断故障设备，实现保护；辅助元件则包括电源、通信模块、人机界面等，为继电保护装置提供必要的支持和信息交互。

2常见故障类型及原因分析

根据故障的出现原因将故障分为内部故障、外部故障、干扰故障和人为故障几类。

2.1 内部故障

内部故障主要源于继电保护装置自身组件的性能劣化或损坏，直接影响保护装置的正常功能。

（1）插件故障。插件故障由于插件长期承受高电压、大电流的冲击，或者受到外部环境因素（如温度、湿度）的影响，插件内部的元器件可能会出现老化、损坏或接触不良等问题，导致插件功能失效。例如，继电器插件的触点因氧化或磨损而接触不良，将直接影响继电器的动作可靠性。

（2）液晶屏显示故障。液晶屏作为继电保护装置的人机交互界面，其显示质量直接影响到运维人员对装置状态的判断。液晶屏显示故障可能由多种原因引起，如液晶屏损坏、显示芯片故障、接线松动或接触不良等，这些故障会导致液晶屏无法正常显示装置的运行状态、参数或报警信息，给故障排查带来困难。

（3）电压频率转换器板故障。电压频率转换器（VFC）板是继电保护装置中的重要组件，负责将电压信号转换为频率信号，以便进行后续处理。VFC板故障可能由电源芯片损坏、插件芯片损坏、采样回路电容损坏等原因引起[2]。

（4）差拍故障。差拍故障通常与继电器的动作特性有关，当继电器在接收到动作信号后，由于动作时间或返回时间的不一致，可能会出现差拍现象。差拍故障可能导致保护装置误动作或拒动作，对电力系统的稳定运行构成威胁。

2.2 外部故障

外部故障主要由外部环境因素引起，故障可能影响继电保护装置的输入信号、电源供应或输出回路。

（1）直流电源故障。直流电源是继电保护装置的重要供电来源。如果出现电源模块损坏、电源线路接触不良、电源电压波动等情况，会导致继电保护装置无法正常工作，甚至引发误动作或拒动作。

（2）外部接线松动故障。继电保护装置的外部接线在长期使用过程中可能会受到振动、温度变化等因素的影响，导致接线松动或接触不良，这些故障会影响到保护装置的输入信号质量，进而影响其动作准确性。

（3）二次接线电缆老化或绝缘性降低故障。二次接线电缆作为继电保护装置与电力系统其他部分连接的桥梁，其性能直接影响到保护装置的可靠性，在继电保护装置长期运行过程中会因为外界腐蚀、温度变化、湿度变化等导致电缆老化，绝缘性能降低，从而出现接地或者短路故障

[3]。

（4）继电器故障。继电器是继电保护装置中的核心组件之一，其性能直接影响到保护装置的动作可靠性。继电器在运行过程中可能会出现线圈烧损、触点接触不良、分断不良等故障问题，影响保护装置功能的实现。

2.3 干扰故障

干扰故障主要由外部电磁场、静电等因素引起。

（1）电磁波辐射干扰。在发电厂等复杂电磁环境中，继电保护装置可能受到来自周围设备的电磁波辐射干扰，这些干扰信号会通过空间传播或线路耦合等方式进入保护装置内部，影响其正常工作。（2）静电干扰。静电干扰是另一种常见的干扰类型。在干燥的环境中，人体或物体表面容易积累静电荷。当这些带电物体接触继电保护装置时，可能会产生放电现象，干扰保护装置的正常工作。例如，技术人员在维护过程中未穿戴防静电服或采取其他防静电措施时，可能因静电放电而引发保护装置的误动作。

2.4 人为故障

人为故障主要由运维人员的操作失误或管理不善引起，具体有以下几类。

（1）误整定。误整定是指运维人员在设置继电保护装置的整定值时出现错误。整定值是保护装置动作与否的判据之一，其准确性直接影响到保护装置的性能。误整定可能导致保护装置在故障发生时无法正确动作或误动作，进而威胁到电力系统的稳定运行。

（2）误操作。误操作是指在运维过程中由于操作不当而引发的故障。例如，运维人员在切换保护装置的运行状态时未按照规定的步骤进行操作，可能导致保护装置误动作或进入异常状态。此外，误拔插插件、误接线等操作也可能引发故障。

（3）接线。误接线是指在安装或维护继电保护装置时接线错误。误接线可能导致保护装置无法正常工作或动作特性发生改变。例如，将电流互感器的二次侧极性接反可能导致保护装置在故障发生时误动作；将信号线的正负极接反可能导致保护装置无法接收到正确的信号。

3发电厂继电保护装置故障排查的常用方法与技术

3.1直观检查法

直观检查法是故障排查的首要步骤，检修人员可以通过外观检视声响判断和异味，分析来确定有故障的原因。（1）外观检视。检修人员仔细查看继电保护装置的外壳是否有破损、变形、烧焦痕迹，面板指示灯是否正常亮起或熄灭，有无异常闪烁。比如，若发现装置某部位外壳有明显熏黑，很可能此处曾发生过局部过热或电气放电，是故障的重要提示点。各插件、接线端子是否牢固，有无松动、脱落，若接线端子松动，会导致信号传输不良或开路，影响保护功能正常触发。（2）声响判断。运行中的继电保护装置正常时仅有轻微均匀的散热风扇运转声或继电器动作时清脆的 “咔嗒” 声。若听到装置内部传出持续嗡嗡声、尖锐啸叫声或不规则的 “噼里啪啦” 放电声，就表明存在异常，像变压器铁芯松动会引发持续低频嗡嗡声，意味着电磁环境不稳定，可能干扰保护动作准确性。（3）异味察觉。凑近装置嗅闻，若闻到刺鼻烧焦味，是电路元件烧毁、绝缘材料过热分解的典型信号，可快速定位到故障大致区域，随即重点排查相关电路板块及元件。

3.2短接法

短接法主要用于排查因线路开路、虚接或触点接触不良造成的故障，通过临时短接可疑部分来验证电路通断状态。（1）信号回路短接。当怀疑某个信号传输线路中断致使保护信号无法正确送达时，例如压力传感器至保护装置的信号线路，可用短接线在传感器输出端与装置对应输入端短暂短接。若短接瞬间装置接收到预期信号，显示恢复正常，即可判断原线路存在断路点，再沿线细致排查破损、接触不良位置[4]。（2）继电器触点短接。针对继电器动作但相关电路无响应情况，把继电器常开或常闭触点对应引脚用短接线跨接。要是短接后下游电路导通工作，说明是继电器触点氧化、污垢堆积导致接触电阻过大或无法有效闭合，后续需清洁、打磨触点或更换继电器。需注意，短接操作前务必熟悉电路原理，避免误短接造成短路等新故障，且短接时间尽量短，防止因临时旁路保护环节引发设备运行风险，操作完成后及时拆除短接线恢复原状。

3.3替换法

替换法是利用正常备用元件或同型号良品部件替换疑似故障部件，以此确定故障根源，操作相对直观高效。（1）插件替换。对于集成度高的继电保护插件，像微机保护装置的 CPU 板、交流采样板等，若装置出现死机、采样数据异常等复杂故障，先断电后将备用插件逐一替换原插件。替换后重启装置，密切观察运行状态，若换上某插件后装置恢复正常，那故障就在被替换插件上，可对换下插件进一步检测维修其元件级故障。（2）元器件替换。如遇到电阻变色、电容鼓包漏液、二极管或三极管性能劣化等明显外观不良元器件，或者通过万用表初步检测怀疑性能不佳者，直接选用同规格优质元器件替换。像电源回路中滤波电容失效，会使输出电压纹波增大影响装置供电稳定性，替换新电容后若电源输出正常，故障即排除。替换法需确保替换件完好且参数精准匹配，以免引入新兼容性问题，同时做好替换前后设备状态记录，方便对比分析故障特征。

3.4智能化故障诊断技术

在发电厂继电保护领域，智能化故障诊断技术正逐渐成为核心排查手段。一是专家系统。专家系统通过构建起完备的知识库，收纳涵盖设备原理、历史故障案例、保护逻辑规则等丰富内容。当继电保护装置出现异常工况，系统能迅速采集如电流、电压动态变化，保护动作信号序列等实时数据，基于内置推理机制，在知识库中精准匹配相似情形，高效输出故障原因及处理建议。二是深度学习技术。深度学习技术依托海量历史运行数据，包括正常状态与各类故障样本，自主学习挖掘潜藏于复杂数据背后的细微故障特征。无论是电压波形的微小畸变，还是因系统干扰引发的电流谐波异常变化，深度学习模型都能敏锐捕捉。它构建起高度抽象且精准的故障判别模型，面对新型复杂故障，如间歇性信号干扰导致的保护误动作，传统方法往往束手无策，深度学习却可凭借长时间数据趋势分析洞察异常，显著提升故障诊断的全面性与及时性。三是人工神经网络。先通过模拟人脑神经元结构，多维度输入电气参数、运行状态指标等信息，经神经元层层运算与非线性转换，快速输出故障类别及可能性预估。尤其在面对多变量耦合故障场景，像电力系统震荡叠加局部线路故障引发的保护异常，神经网络可综合考量多元因素，精准甄别故障根源，为后续高效修复提供坚实支撑，有力确保继电保护装置在复杂电力环境下可靠运行。

3.5基于设备状态监测的预测性排查

为了提前识别和预防继电保护装置在运行中的故障，可以围绕继电保护装置关键位置部署多元传感器矩阵，比如电流电压互感器、温度传感器、振动传感器等，实时采集继电保护装置运行中的电气量、温度和运行状态，数据通过网络实时监测到监测平台，然后再通过先进算法与数学模型对监测数据进行深度分析，先通过小波分析聚焦信号时频特性，精准剥离早期微弱故障特征信号，排除运行噪声干扰，然后再通过灰色理论预估设备参数走势，分析潜在的故障，之后再根据预测成果制定相对应的预防性维护计划[5]，针对临近使用寿命的关键元件，如老化电容、频繁动作继电器，提前安排更换；对性能出现衰减的部件，如采样精度下滑的 AD 转换芯片，对其及时进行校准优化，提前预防故障问题的发生。

4发电厂继电保护装置的维护策略与管理措施

4.1完善管理维护计划，做好巡视检查

完善的管理维护计划是降低继电保护装置运维故障风险的前提，在具体工作中需要根据设备状况、维护周期及人员配置，制定合理的维护计划，并明确各项维护任务的责任人和完成时间，确保维护工作有序进行。在定期巡视中，需要全面检查继电保护装置外观、运行状态、指示灯情况、接线端子紧固程度、环境温度湿度等相关指标，一般至少每季度进行一次全面检查，对于关键设备或故障频发区域，应适当增加检查频次。每次巡视检查均需详细记录检查结果，包括发现的异常现象、测量数据、处理措施等。定期对这些记录进行汇总分析，识别潜在问题趋势，为预防性维护提供依据。同时，还需要建立继电保护装置的设备档案，包括设备基本信息、历史维护记录、故障记录、更换元器件记录等，为设备管理和维护提供全面、准确的信息支持。对于故障处理，也需要建立标准化的故障处理流程，包括故障报告、现场勘查、原因分析、处理措施、效果验证等环节，确保故障得到及时、有效地处理，尽可能降低故障影响。

4.2落实预防性维护，降低故障发生率

首先，需要定期清理继电保护装置内部及外部，特别是接线端子、插件接口等处，以防尘埃积累导致接触不良或短路，具体可采用无尘布、吹风机等工具进行清洁，避免使用腐蚀性清洁剂。其次，定期检查并紧固所有接线端子，防止因松动引起的接触不良。对于易氧化的端子，可涂抹适量的导电膏或防氧化剂，延长使用寿命。最后，建立元器件寿命管理档案，根据厂家推荐的更换周期和实际运行情况，提前规划并更换达到寿命极限的元器件，预防故障发生。

4.3引入信息化技术，构建信息化维护系统

构建基于物联网、大数据等技术的智能化监控系统，实时监测继电保护装置的运行状态，自动预警并定位故障，提高维护效率和准确性。利用大数据技术收集并分析继电保护装置的运行数据，通过人工智能算法预测故障趋势，优化维护策略。同时，人工智能还可以辅助进行故障诊断，提高解决问题的效率。除此之外，还需要建立远程监控平台，实现对继电保护装置的远程监控和故障诊断，减少现场检查次数，提高维护工作的灵活性和效率。

结语

为了确保继电保护装置保护作用的正常发挥，必须深入分析继电保护装置运行中的各类故障及原因，并掌握有效的排查方法与技术，制定合理科学的维护策略和管理措施，尽可能降低继电保护装置的故障风险，提高继电保护装置的运行可靠性与稳定性，为火电厂安全运营提供保障。但是随着技术的不断进步，应持续关注并引入更先进的故障诊断与维护技术，进一步提升继电保护装置的性能，以适应不断变化的火电厂电力系统运行要求。

参考文献

[1]李帮胜.电厂电力系统继电保护技术的应用及故障处理[J].电力设备管理,2024,(16):80-82.

[2]李梦禹.发电厂继电保护的故障诊断及解决办法分析[J].集成电路应用,2023,40(09):274-276.

[3]米志同.发电厂继电保护可靠性的影响因素探析[J].中国设备工程,2023,(02):160-162.

[4]米志同.电厂继电保护装置检修与管理分析[J].科技创新与应用,2023,13(01):139-142.

[5]张敏.电厂继电保护常见故障及现场处理对策[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(20):144-146.