電力系統(tǒng)故障診斷及處理技術(shù)引言電力系統(tǒng)作為支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。故障的發(fā)生不僅會(huì)造成供電中斷、設(shè)備損壞，還可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，威脅電網(wǎng)整體安全。因此，精準(zhǔn)的故障診斷與高效的處理技術(shù)是保障電力系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大、新能源并網(wǎng)及電力電子化趨勢(shì)的發(fā)展，故障類型日益復(fù)雜，傳統(tǒng)診斷與處理手段面臨挑戰(zhàn)，推動(dòng)技術(shù)迭代成為行業(yè)迫切需求。一、電力系統(tǒng)故障類型及特征分析電力系統(tǒng)故障可按發(fā)生位置、元件類型及故障性質(zhì)分類，不同故障具有典型特征，為診斷提供依據(jù)：（一）短路故障包括相間短路（如三相短路、兩相短路）與接地短路（如單相接地、兩相接地）。短路瞬間電流急劇增大（可達(dá)額定電流的數(shù)倍至數(shù)十倍），伴隨電壓驟降，易引發(fā)設(shè)備過熱、絕緣擊穿，甚至系統(tǒng)振蕩。配電網(wǎng)中單相接地故障占比高（約60%~80%），故障電流小但持續(xù)存在會(huì)加速絕緣老化。（二）斷線故障多因線路機(jī)械損傷、覆冰或外力破壞導(dǎo)致，表現(xiàn)為負(fù)荷電流突變、母線電壓不平衡。斷線若伴隨接地，會(huì)形成“斷線-接地”復(fù)合故障，故障點(diǎn)電弧易引發(fā)火災(zāi)或跨步電壓風(fēng)險(xiǎn)。（三）元件故障涵蓋變壓器、斷路器、電纜、絕緣子等設(shè)備故障：變壓器故障：內(nèi)部繞組短路、鐵芯過熱、油色譜異常（如乙炔、氫氣體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)）；斷路器故障：拒動(dòng)、誤動(dòng)、滅弧室漏氣，表現(xiàn)為動(dòng)作時(shí)間異常、控制回路信號(hào)丟失；線路故障：絕緣子閃絡(luò)（伴隨局部放電、紅外熱斑）、電纜絕緣擊穿（故障點(diǎn)局部過熱）。二、故障診斷技術(shù)體系故障診斷需結(jié)合多源信息（電氣量、非電氣量、環(huán)境參數(shù)）與分層診斷邏輯（從設(shè)備到系統(tǒng)），技術(shù)體系分為傳統(tǒng)方法與智能升級(jí)方向：（一）傳統(tǒng)診斷技術(shù)1.繼電保護(hù)裝置基于故障時(shí)電氣量（電流、電壓、相位）突變，通過過流、差動(dòng)、距離保護(hù)等原理快速識(shí)別故障。例如，線路縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)可在20~50ms內(nèi)隔離相間短路，但受CT飽和、過渡電阻影響，對(duì)高阻接地故障靈敏度不足。2.故障錄波與數(shù)據(jù)分析故障錄波器記錄故障前后電氣量波形，運(yùn)維人員通過分析波形特征（如暫態(tài)分量、諧波含量）定位故障。傳統(tǒng)人工分析效率低，需結(jié)合“波形特征庫(kù)”（如短路故障的“尖峰電流+電壓跌落”模式）輔助判斷。3.人工巡檢與離線檢測(cè)對(duì)變電站設(shè)備開展紅外測(cè)溫（檢測(cè)接頭過熱、絕緣子污穢）、局部放電檢測(cè)（超聲波、特高頻法），但受人力、時(shí)間限制，難以實(shí)時(shí)捕捉突發(fā)故障。（二）智能診斷技術(shù)1.專家系統(tǒng)與知識(shí)圖譜構(gòu)建“故障現(xiàn)象-原因-處理”知識(shí)庫(kù)，通過推理機(jī)匹配故障特征。例如，某變電站變壓器油色譜異常，系統(tǒng)結(jié)合“乙炔超標(biāo)→繞組短路”規(guī)則，結(jié)合油溫、負(fù)荷數(shù)據(jù)縮小故障范圍。知識(shí)圖譜可關(guān)聯(lián)多源數(shù)據(jù)（如氣象、設(shè)備臺(tái)賬），提升診斷關(guān)聯(lián)性。2.機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)：采用隨機(jī)森林、支持向量機(jī)（SVM）分析故障錄波數(shù)據(jù)，識(shí)別故障類型（如區(qū)分相間短路與接地短路），準(zhǔn)確率達(dá)95%以上；深度學(xué)習(xí)：利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）提取波形特征，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）處理時(shí)序數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“故障定位+原因分析”一體化。某電網(wǎng)應(yīng)用LSTM模型，將故障定位時(shí)間從分鐘級(jí)縮短至秒級(jí)。3.廣域測(cè)量與數(shù)字孿生依托PMU（相量測(cè)量單元）采集全網(wǎng)同步相量，結(jié)合數(shù)字孿生模型（實(shí)時(shí)映射電網(wǎng)狀態(tài)），模擬故障演化過程。例如，特高壓電網(wǎng)故障時(shí)，數(shù)字孿生系統(tǒng)可預(yù)判故障對(duì)鄰區(qū)的影響，輔助調(diào)度決策。三、故障處理技術(shù)與流程故障處理需遵循“快速隔離-負(fù)荷轉(zhuǎn)供-設(shè)備修復(fù)”原則，結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與故障類型選擇策略：（一）故障隔離技術(shù)1.斷路器與保護(hù)配合利用保護(hù)裝置的“選擇性”（近故障點(diǎn)優(yōu)先動(dòng)作），通過斷路器分閘隔離故障。智能變電站中，GOOSE（通用面向?qū)ο笞冸娬臼录﹫?bào)文實(shí)現(xiàn)保護(hù)與斷路器的毫秒級(jí)聯(lián)動(dòng)，避免故障擴(kuò)大。2.主動(dòng)隔離與自愈控制配電網(wǎng)采用“饋線自動(dòng)化”技術(shù)：故障發(fā)生時(shí)，分段開關(guān)（FTU）檢測(cè)電流突變，通過“故障段定位-隔離-非故障段恢復(fù)”邏輯，無需人工干預(yù)即可恢復(fù)90%以上負(fù)荷，停電時(shí)間從小時(shí)級(jí)降至分鐘級(jí)。（二）負(fù)荷轉(zhuǎn)供與供電恢復(fù)1.電網(wǎng)重構(gòu)利用環(huán)網(wǎng)柜、聯(lián)絡(luò)開關(guān)調(diào)整電網(wǎng)拓?fù)?，將故障區(qū)域負(fù)荷轉(zhuǎn)至備用線路。例如，城市配電網(wǎng)通過“手拉手”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，故障時(shí)閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)“不停電轉(zhuǎn)供”。2.分布式電源（DG）參與恢復(fù)光伏、風(fēng)電等DG在故障后可作為“黑啟動(dòng)”電源，向重要負(fù)荷（如醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心）供電。需解決DG并網(wǎng)保護(hù)（防孤島效應(yīng)）與功率匹配問題，目前采用“虛擬同步機(jī)”技術(shù)提升DG故障穿越能力。（三）設(shè)備修復(fù)與狀態(tài)評(píng)估1.現(xiàn)場(chǎng)搶修技術(shù)線路故障：采用電纜熔接、絕緣子更換（帶電作業(yè)優(yōu)先）；變壓器故障：吊罩檢修繞組、更換絕緣油，結(jié)合“油色譜+局部放電”檢測(cè)驗(yàn)證修復(fù)效果；斷路器故障：更換滅弧室、檢修操動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過“低電壓動(dòng)作試驗(yàn)”驗(yàn)證性能。2.狀態(tài)評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)基于故障修復(fù)數(shù)據(jù)（如絕緣電阻、介損值），結(jié)合設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用“剩余壽命模型”（如Arrhenius模型）預(yù)測(cè)設(shè)備健康度，指導(dǎo)檢修計(jì)劃（從“定期檢修”向“狀態(tài)檢修”轉(zhuǎn)變）。四、工程應(yīng)用案例案例：某220kV變電站線路故障診斷與處理故障現(xiàn)象：220kV甲線速斷保護(hù)動(dòng)作，重合閘失敗，故障錄波顯示A相電流驟升、電壓跌落，伴隨高頻暫態(tài)分量。診斷過程：1.傳統(tǒng)分析：錄波數(shù)據(jù)初步判斷為A相接地短路，過渡電阻約20Ω；3.多源驗(yàn)證：無人機(jī)巡檢發(fā)現(xiàn)桿塔#32絕緣子閃絡(luò)，紅外測(cè)溫顯示接頭過熱。處理措施：1.隔離：通過變電站斷路器隔離甲線故障段，聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，將負(fù)荷轉(zhuǎn)至乙線，停電時(shí)間<15分鐘；2.修復(fù)：帶電更換絕緣子，處理接頭過熱，結(jié)合局部放電檢測(cè)（無異常）后恢復(fù)送電；3.優(yōu)化：在甲線加裝“故障定位裝置+邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)”，提升后續(xù)故障響應(yīng)速度。五、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)（一）智能化與數(shù)字化融合數(shù)字孿生+邊緣計(jì)算：在變電站部署邊緣節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)處理故障數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生模型動(dòng)態(tài)模擬故障演化，輔助調(diào)度決策；5G+物聯(lián)網(wǎng)：實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)（如電纜局放、變壓器油溫）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，故障信息傳輸時(shí)延<10ms。（二）多源數(shù)據(jù)深度融合整合電氣量（電流、電壓）、非電氣量（溫度、振動(dòng)）、環(huán)境數(shù)據(jù)（氣象、地質(zhì)），構(gòu)建“故障特征庫(kù)+知識(shí)圖譜”，提升診斷的全面性與準(zhǔn)確性。（三）自愈電網(wǎng)與主動(dòng)防御從“故障后處理”向“故障前預(yù)警”轉(zhuǎn)變，通過廣域保護(hù)、分布式協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)“自我感知-自我診斷-自我修復(fù)”，降低故障影響范圍。結(jié)語(yǔ)電力系統(tǒng)故障診斷及處理技術(shù)正從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)