继电保护用开关电源的故障分析及改进

苏文哲

广东电网汕尾供电局，广东汕尾 516600

1 研究继电保护装置的必要性

随着科技的发展，电力系统中的继电保护装置也在不断的发展，尤其是对于其可靠性的研究则越发重视。继电保护装置是保护电力系统安全、正常、可靠运行的重要装置，如果继电保护装置发生故障，将会直接影响电网的安全可靠性，许多大型停电事故都是由于连锁故障造成的，尤其是继电保护装置故障引发的电网故障所占比例较高。国外大型停电事故，如2003年的英国伦敦大停电、2003年8月美国、加拿大停电事故；国内停电事故，如2007年国家电网公司的继电保护装置故障。据统计大约有75%的大型停电事故与继电保护操作不当有关，这表明继电保护系统故障所造成的危害不能小视。

继电保护用开关电源是主要功能模块，在确保输出电压稳定的前提下，利用现代电力电子技术用来掌控继电保护用开关的时间问题。因此，要保持继电保护用开关电源性能良好，这样才能进一步提高机电保护装置的安全可靠。继电保护用开关电源是主要功能模块，在确保输出电压稳定的前提下，利用现代电力电子技术用来掌控继电保护用开关的时间问题。因此，要保持继电保护用开关电源性能良好，这样才能进一步提高机电保护装置的安全可靠。

2 继电保护隐蔽故障

根据许多资料表明，继电保护的隐蔽故障是许多大型停电事故的罪魁祸首。隐蔽故障在系统正常运行时并不会对其造成影响，但当系统某些部分发生改变时，故障就会一触即发，导致更加严重的后果。隐蔽故障主要就是因其隐蔽性，不容易被发现，因此故障发生时不能及时阻止。即使继电器正确排除故障，但隐蔽故障就像一颗定时炸弹一样，往往就会导致保护系统误动作，从而酿成大型事故。

3 开关电源工作原理

开关电源主要是使用半导体功率器作为开关，使电源形态发生改变，同时保持其稳定输出，采用闭环控制，并具有保护环节的模块。开关电源的主要工作原理是将高压交流电通过整流和调制的方式，转变成适合继电保护装置的低压直流电。压交流电的具体变换顺序是：通过滤波、整流、降压等一系列措施，从高压交流电——高压直流电——高压脉动直流——转变最终适用的低压直流电。

4 故障现象分析

设计继电保护用开关电源要考虑到许多因素，如时序和保护，这样才能满足其多功能要求。设计时需要承担故障风险，再加之其需要的工作条件较为苛刻，影响继电保护用开关电源正常、安全的运行，因此继电保护用开关电源因设计缺陷造成的故障屡见不鲜。

4.1 输入电源波动，开关电源停止工作

4.1.1 故障表现

故障具体表现可以通过输入电压和输出电压的变化来观察。输入电压在产生瞬时故障时恢复正常后，继电保护开关电源会停止工作，输出电压却一直未见，而且不能自动断电。由继电保护试验仪控制并记录输入电压和输出电压的一系列变化，并控制输入电压中断的时间。可通过便携式波形记录仪进行记录。在继电保护试验仪控制输入电压中断的时间长短中，我们可以发现：输入电源恢复正常的时间共耗费了100ms～200ms左右，开关电源并没有跟输入电压一起恢复正常；在输入电压中断约250ms以后恢复，但输出电压+5V、+24V却消失；输入电压短暂中断70ms以内会恢复正常，而+5V、+24V输入电压并未消失，而且没有影响开关电源的正常工作。

4.1.2 故障分析

开关电源的正常启动逻辑和输出电压保护逻辑是故障表现的直接原因。故障发生后，往往是由于此开关电源出现输出电压欠压保护逻辑。开关电源的逻辑混乱造成了故障的发生，因此就要更改逻辑。电源欠压保护的误动作是由于输入电压快速通断造成的，这种误动作主要是延时电路没有按时复位，忽略了电压的变化，使得通电时的假欠压信号未能及时屏蔽。

4.1.3 解决措施

解决故障要根据输入电压的变化来采取措施。在保护环节增加输入电压和电子开关，起到检测和闭合的作用。根据开关闭合后的输入电压情况判定，输入电压数值升到定值后，那么延时电路开始重新延时，这样在重新启动时的假欠压信号就可以顺利屏蔽，这样也可以彻底解决故障。

4.2 启动电流过大，导致电源承载过大

4.2.1 故障表现

根据电源模块的正常工作状况看，故障下的输入电流很容易“不够正常”，随着输入电压的逐渐增大而迅速“膨胀”，导致电源承载电流过大。

4.2.2 故障分析

根据故障的表现，可以看出输入电流的电流激增是一种必然，从而导致电源过载。在电源启动时，输出回路的功率会猛增，许多设计就没有充分考虑大功率问题，因此在启动时的电压和猛增的功率形成鲜明对比，并且瞬态电流猛增，导致电源过载。

4.2.3 解决措施

在设计中要充分考虑到功率问题，以更好的配合开关电源的工作。开关电源启动时功率要保持一定的值，如果要减少启动时的电流值，也可以增加启动电压的值。增加启动电压之后，可以发现启动电流的值会有所减少，亦不会对电源造成冲击。

5 结论

由此可见，开关电源在设计时要注意各种细节和各个环节，要注意电能变换、输出电压和电源的保护功能，这些都是开关电源中的重要环节，紧密相连。正所谓“牵一发而动全身“，某一个环节出了差错，开关电源的工作就会受到影响。在设计之前要充分考虑到电源启动功率和启动电压问题，在功率一定的情况下，提高启动电压，这样就可以避免电流徒增。由于电力系统的供电范围越发广泛，对于继电保护装置的可靠性研究必须要日益重视起来。

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