薛令前，张润润

（国网西藏电力有限公司超高压分公司，西藏 拉萨 850000）

0 引 言

随着经济建设的发展，我国城市逐渐崛起，电网成为城市进步的象征要素之一，其规模逐渐扩大，将城市中的电气设施逐渐融合。根据我国电力系统以往的运行情况来看，存在几次重大的继电保护故障问题。以2007 年我国某电网公司的继电保护故障为例，出现不稳定的情况高达37 次，对部分单位造成严重影响。为保证电力系统的稳定运行，针对继电保护开关电源装置故障及处理措施的研究很有必要。

1 继电保护开关电源装置

在电力系统运行中，继电保护开关属于隐形故障，一旦出现问题会导致整个电力系统运行不畅，但想要及时发现隐形故障比较困难，尤其是开关电源模块，一旦出现故障必然会引发连锁反应。其工作原理在于转换电源形式，利用闭合功能实现对电流输出的控制。电力系统中，高压交流电先通过滤波器转换为直流电，再经过降压处理后转换为低压直流电。在此过程中，继电保护装置的开关电源在整个系统中承担功率器件开关的作用，具有保障电流传输安全的作用。继电保护开关电源装置的原理如图1 所示。

图1 继电保护开关电源装置的原理

2 继电保护开关电源的故障现象

本次研究结合实际工程案例中的常见问题展开分析。在电力系统运行过程中，继电保护开关能够发挥主要的保护功能，故障风险也相对较高，需要加以维护。

2.1 输入电源波动、开关工作停止

2.1.1 表 现

当电力系统中继电保护开关电源出现故障时，可以通过输入、输出电压变化情况判断故障。针对输入电源波动、开关电源停止工作这一故障问题，主要表现为电压恢复后继电保护开关无法自动关闭，只要输出电源停工，电压就无法通过自动动作实现正常输出，需要进行手动恢复。对此，在问题发生后需要应用继电保护仪对输出电压、电流进行监测并记录数据变化。控制输入电压的中断时间后会出现以下3 种情况：一是当中断时间为100 ～200 ms 时，系统仍根据原本的电压转变方式进行转变，此时继电保护恢复正常运行状态，但开关电源并没有恢复，导致出现故障；二是当中断时间在250 ms 以上时，继电保护输入电压部分已经恢复到正常水平，但在+5 V 和+24 V 位置不显示电压数值；三是当中断时间在70 ms 以内时，输出电压出现异常中断，但呈现的异常时间较短，且会快速恢复到正常状态，在+5 V 位置不显示电压值，+24 V 位置显示正常，开关电源无异常。由于异常时间较短，没有出现保护动作。

2.1.2 故障分析及改进措施

针对此类故障问题，可以根据开关电源的正常启动逻辑进行优化，分析电力系统在正常状态下的输出电压保护模式。当任意一个线路下降到20%Un时，继电保护系统会直接执行欠压保护动作，同时电源不会自动恢复。在进行逻辑优化时会使整个输入电压发生变化，因此容易出现电源欠压和系统误动作。精准检测电路电压，并在延时电容位置处安装开关，确保输入定值高于电子开关时能够立即自动闭合，实现电路复位。

根据实际情况，在检测电路上加入电子开关，与延时电容相连，即在保护环节中增加输入电压检测环节。当输入电压值小于规定数值时，则会管理开关，从而实现对延时电路的复位，形成保护动作[1]。当输入电压重新上升并大于规定值时，则会解决由于输入电压波动而造成的保护动作。当开关电源在进入暂停状态前，所显示的电压数值会高于实际电压数值，继电保护装置的开关电源将闭合，延时电路也会复位。若在输入电压后出现电压增加的情况，与预设一致，延时电路会对电路进行保护，避免继电保护装置的开关电源受到伪信号影响。同时，输入电压也会重新上升到设定值，解决输入电压波动所造成的电源误动作问题，保证正常运行。增加放电回路的原理如图2 所示。

图2 增加放电回路的原理

2.2 启动电流过载

2.2.1 表 现

以某额定功率为20.8 W 的电源模块为例，稳定状态下的电压数值为220 V。当系统处于额定输出状态时，输入电流为130 mA，在连接开关电源装置后输入电压，此时输入电流会受到影响，发出过载警告。根据其现象来看，当输入电压达到60 V 时，开关电源装置运行稳定，而后进行电流检测，能够发现其数值达到200 mA，稳态电流近似600 mA。由此可知，故障会导致电流增大，出现过载。

2.2.2 故障分析及改进措施

本次针对继电保护开关电源的故障现象进行分析，根据故障的性能来看，输入电流会不可避免地出现电涌情况，从而造成电源过载。通过观察数据能够发现，在接通电源后输出功率逐渐上升，造成电源过载，此时瞬态电流也呈为迅速增加趋势[2]。

在电力系统运行过程中，启动电源时改变功率相对困难，因此可以从控制电流的角度入手，尝试增加电压至130 ～140 V。通过改变启动电压数值的方式解决故障问题，优先利用试验仪器进行模拟行为，包括对输入电压、电流的模拟，控制运行速度。当开关电源处于满载状态后，缓慢升高电压，速度控制在5 V/s 或10 V/s 即可。在0 ～130 V 的电压范围内启动开关电源，此时电流逐渐降低，为200 ～220 mA。相较于故障改造前，电流过载情况明显好转，供电电源所承受的电流冲击范围明显降低，即使电压短时间内较低，也不会造成过大影响。总结来看，需要从电流和电压特性角度入手，根据损坏情况适当提高输出电压。针对缺乏保护芯片的装置，需要设计与其相适应的保护电路，从而减少瞬时输入电流，实现电源的限流保护。

2.3 开关电源设计不合理、线路接触不良

2.3.1 表 现

针对继电保护装置中开关电源设计不合理、线路接触不良的问题，主要表现为开关电源输入电压下降，电压波动频繁，或产生电磁干扰情况，无法提供稳定电源，继电保护工作受到影响。开关电源的设备故障率会上升，需要经常维修或更换。

2.3.2 故障分析与改进措施

针对此类问题的分析，主要原因并非开关电源故障，而是检修、保养不到位。需要采用更加可靠的开关电源模块，定期进行养护，延长使用寿命，尤其针对导线、支架以及绝缘部分，务必做到彻底检查[3]。随着我国电力系统的不断发展，对于继电保护的研究愈发关键，相关技术要求也更加严苛，需要保证装置开关电源应用的安全性。针对当前的故障问题，可采用高频开关电源，利用微处理器提升工作便捷性，有效接收故障信息。在其运行过程中，损耗和波纹系数均较小，对于脉冲放电、充电问题预防性较高，有效延长使用寿命。同时，高频开关电源的智能化水平相对较高，无须进行复杂调试，联合冗余式供电模式，在模块故障的情况下还能实现持续作业。

3 维修事项

对于继电保护装置开关电源的选择，需要关注不同类型电力系统对于继电保护的需求，优化设计，并加以维护。针对维护事项方面，可以从常规性维护、蓄电池维护以及故障检测这3 个角度落实管理。对于常规性维护，需要选择高质量、标准化的整流设备，并根据实际需求控制参数，避免运行时超出限值范围，确定参数和指标范围后切忌随意更改。控制开关电源装置周围的温度，保证在-5 ～40 ℃，避免对电子元件特性造成影响[4]。对继电保护开关电源所处环境进行定期清洁，避免灰尘浓度和空气湿度过高，做好散热、除湿等工作，并检验插件连接情况，分析是否存在松动、接触不良问题，及时解决。

针对蓄电池的维护，需要定期进行放电处理。在对电池进行放电处理之前需要先检查其性能，而后再进行放电。对放电后的蓄电池进行均匀充电，此过程若发现问题需要及时上报处理，且不可继续使用，检查其性能判断是否需要更换，避免对电源系统造成影响。

对于故障的检测与处理，需要适当应用相关检测仪器。先查看各个装置的指示灯亮度情况是否正常，再用仪器检测电流输出情况，以及电源输出端、电镀槽断路情况。若在检验过程中发现指示灯不亮，则要优先检查连接部位[5]。若排除以上故障，可将闸刀闭合；若此时机器正常运行，但指示灯不亮，则要检查开关电源的启动情况，进行调整。当开关电源启动后，若指示灯仍闪烁，则需要判断输入电源情况，分析是否存在过压、欠压问题，检查配电线路，逐一排除故障。除了以上内容，还需检验整流管，定期对整流模块、驱动电路以及功率器件等进行检查。

4 结 论

继电保护装置中，开关电源是维护电力系统正常运行的关键部分之一，一旦出现问题，必然会对整个电力运行情况和相关设施带来严重影响，因此需要重视对开关电源故障的诊断、改进以及维护。本文从3 种故障类型角度进行分析，并给出针对性建议，未来的继电保护开关电源会进一步优化，保证其工作效率，维护电力系统的安全运行。