相 超
（中铁二十三局集团电务工程有限公司，天津 300100）
0 引 言
电力继电保护系统是确保电力系统稳定运行的关键组件之一。当系统内出现异常或故障时，继电保护系统应立即介入，以减少或避免对电力设备和网络的进一步损害。然而，在实际操作中，存在继电器误动作的情况。误动作不仅可能导致设备损坏、供电中断，而且在某些情况下，可能会引发大规模的电力事故。为解决这一问题，文章通过深入研究电力继电保护系统误动作的主要原因，并探讨有效的预防和改进措施。
1 误动作的定义及其对电力系统的影响
误动作在电力继电保护系统中指的是在没有故障或异常情况出现时，保护装置错误地触发操作，如断路器的错误断开或闭合。这种误动作往往由外部干扰、设备故障、参数配置错误或软件算法缺陷等多种原因造成。误动作对电力系统的影响极为严重，可能导致供电中断，影响电网的稳定性和可靠性，给用户带来巨大的经济损失。此外，频繁的误动作还可能导致设备过度磨损或损坏，减少其使用寿命，甚至可能掩盖真正的故障，导致小问题演变成大灾难，严重威胁电力系统的安全运行[1]。
2 误动作的主要原因
2.1 外部干扰因素
2.1.1 外部电磁干扰
外部电磁干扰是电力继电保护系统误动作的常见原因之一，如图1 所示。这种干扰通常源于电磁波的突发性释放，如闪电、高压电缆、邻近设备的开关操作以及其他大电流设备的启动或停机。当这些电磁波与继电保护系统的电气线路发生耦合时，可能在系统内诱导出超过正常范围的电压或电流，误导继电器判定为电网故障，从而触发不必要的保护响应。尤其是在高频范围内，这些干扰信号可能导致设备内的微处理器或其他敏感元件误判，进而误动作。防止这种电磁干扰至关重要，因为它不仅可能导致不必要的服务中断，还可能隐藏真正的电网问题，增加系统风险。
图1 电磁干扰示意
2.1.2 动力设备启动或停机引起的瞬时电流冲击
在电力继电保护系统中，动力设备如大型电机或高容量变压器在启动或停机时常常会产生瞬时电流冲击，对整体电网产生显著的影响。具体来说，当一台容量为5 MVA 的大型电机启动时，它的起始电流可能暂时达到其额定电流的5 ～7 倍。这意味着如果该电机的正常运行电流为50 A，那么在启动初期，其电流可能瞬间激增至250 ～350 A。这种瞬时电流冲击可能会被继电保护系统误判为故障电流，从而触发保护装置的误动作。而这种误动作不仅会导致供电中断，给生产带来损失，还可能对其他电网设备造成过度的机械应力和热应力，加速设备老化[2]。因此，为防范由动力设备启动或停机引起的瞬时电流冲击，继电保护系统需要进行精确的设定与参数优化，确保其能够区分正常启动电流与真正的故障电流。
2.2 设备故障与不匹配
2.2.1 保护继电器本身的故障
保护继电器作为电力继电保护系统的核心组件，其稳定性和可靠性对整个电力系统的安全运行至关重要。保护继电器本身的故障可能源于多种原因，如元件老化、内部电子零部件损坏、电源问题、固件或软件缺陷等。例如，长期运行在高温、高湿或存在有害化学物质的环境中可能导致继电器内部的电子元件和连接点老化或氧化，从而导致功能失效或响应延迟。此外，由于生产工艺、质量控制或外部因素（如电压冲击）等，继电器的内部电路可能出现断路、短路或接地故障。再者，固件或软件的设计缺陷可能导致继电器的逻辑判断错误，进而产生误动作。这些故障不仅可能使继电器在真正的电网异常情况下失效，不作出正确的保护响应，而且还可能在电网正常运行时误判，导致不必要的断电或切换操作，对电力系统的稳定运行造成严重威胁。
2.2.2 CT、PT 等设备的错误或故障
电流互感器（Current Transformer，CT）和电压互感器（Potential transformer，PT）是电力继电保护系统中的关键传感设备，负责将高电压或电流转换为继电器可以安全处理的较低电压或电流值。CT 和PT的错误或故障可能导致保护继电器接收到误导性的信号，从而引发误动作。例如，如果CT 的转换比例不正确或饱和特性被忽视，可能导致在短路条件下其输出电流大大低于实际电流，使得继电器无法正确识别短路故障。同样，PT 的损坏、绝缘破裂或其二次侧开路等情况都可能导致继电器接收到错误的电压信号。此外，互感器的安装错误、接线错误或者与其他保护设备之间的不匹配，如与继电器之间的不匹配，也可能导致保护响应的偏差。
2.3 设定值误设或参数配置错误
电力继电保护系统的工作基于预先设定的阈值和参数。根据某项研究，近30%的保护误动作起因于设定值误设或参数配置错误。例如，若继电器的短路保护设定值错误地设定为120%，而实际系统最大负载为130%，则在正常高负载下可能会触发保护动作。错误的时间特性设定也可能导致故障时继电器响应过快或过慢，如当延迟时间被误设为5 s，而实际所需为2 s时，可能使得故障清除受到不必要的延迟[3]。此外，配置参数错误，如保护继电器的方向性设定错误，可能导致继电器在不应介入的情况下动作。
2.4 软件与算法问题
在电力继电保护系统中，软件与算法扮演着重要角色，负责对输入数据进行处理并产生相应的保护命令。然而，软件或算法的缺陷可能导致误动作。例如，当继电器使用Fourier 变换来估计故障频率时，其计算表达式为
式中：X(k)为频域上的频率分量；x(n)为时间域上的信号值；N为采样点数。该变换将时域信号转化为频域信号，使得继电保护系统能够基于信号的频率内容来进行决策。
如果软件实现中存在计算错误或采样率与算法不匹配，那么频率估计可能出错。此外，一些保护算法依赖于故障检测阈值，如
式中：Ifault为故障电流；Inormal为正常电流；k为预先定义的常数。若算法中的k值设定不当，或者软件在实际实施中存在故障，那么在正常或边缘情况下可能会产生误动作。因此，软件和算法的正确性、稳定性、健壮性对于继电保护的正确性至关重要，需要经过严格的验证和测试，确保在各种情况下都能可靠地工作。
3 预防与改进措施
3.1 加强继电保护设备的选型与设计
在电力系统中，继电保护设备的选型与设计对于系统的稳定性与安全性至关重要，不同的应用和场景要求不同的保护策略和设备。因此，为了避免误动作，需要根据具体的工作条件、电气参数、预期的保护功能来选定适合的继电器型号，继电保护设备的常见选型如表1 所示。
表1 继电保护设备的常见选型
对于高电流场景，应选择表1 中具有较大故障电流检测范围的PRO-789 型号；而对于需要多个输出触点的控制柜，GHI-112 型号可能更为适用。除了型号选择，还需关注设备的工作温度、工作电压等参数，确保其在实际应用中的稳定性[4]。进一步地，设计过程中应考虑设备的冗余性和故障切换能力，确保在关键设备出现问题时，仍能保持系统的正常运行。
3.2 优化设定值与参数配置
在电力继电保护系统中，优化设定值与参数配置是确保系统稳定和安全的核心环节，主要流程如图2 所示。
图2 设定值优化与参数配置的具体流程
首要步骤是进行深入的数据收集和分析，确保完整理解系统负荷、故障和其他核心参数。其次，通过建模和仿真，模拟系统在各种工作与故障状态下的表现，为设定值校核提供依据。确保参数与实际运行数据相匹配是关键，尤其在考虑各种可能的运行和故障场景时。最后，系统的持续监控、及时反馈与专业培训是确保继电保护系统持续、稳定、安全运行的关键，同时为未来的技术升级和系统更新打下坚实基础。
3.3 强化外部环境的隔离与屏蔽
电力继电保护系统的稳定运行容易受到外部环境的影响，尤其是电磁干扰、温湿度变化和物理撞击等。为确保其高效、稳定的性能，强化外部环境的隔离与屏蔽至关重要。首先，使用专业的电磁屏蔽材料和设计技术，确保继电保护系统对外部电磁场的干扰有强大的抵抗能力，减少误动作的风险[5]。其次，考虑到电力设备通常处于恶劣的工作环境中，因此需对其进行物理隔离和保护，以防止尘埃、水分和其他有害物质的侵入，确保设备内部环境的稳定性。最后，合理布局和密封措施可以进一步防止温度与湿度的急剧变化，为设备提供一个恒定的工作环境。总的来说，通过强化隔离和屏蔽措施，可以有效避免外部环境对继电保护系统的不利影响，确保其稳定、可靠的性能。
4 结 论
电力继电保护系统作为电网安全稳定运行的核心，其误动作现象由诸多因素触发，如电磁干扰、设备故障或配置错误等，这不仅威胁电网稳定，还可能导致巨大经济损失。通过深入探究，文章强调了预防措施的必要性，如精准选择保护设备、设定值的优化和强化环境屏蔽等，都是确保其正常运作的关键。综合考虑，为确保电力供应的稳定性与可靠性，电力继电保护的每一环节都需精心管理和持续监测。
