變電站繼電保護(hù)故障問(wèn)題及排除策略研究

張同尊 劉行 陳智

【摘 要】繼電保護(hù)是保證電力系統(tǒng)安全第一道防線，也是變電站中最為復(fù)雜的系統(tǒng)。運(yùn)行過(guò)程中常常出現(xiàn)一些未知的故障，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置異常甚至是不正確動(dòng)作。本文對(duì)實(shí)際運(yùn)行中遇到的變電站繼電保護(hù)故障問(wèn)題進(jìn)行分析、歸納，并在此基礎(chǔ)上提出一些行之有效的應(yīng)對(duì)策略，以供參考。

【關(guān)鍵詞】變電站；微機(jī)繼電保護(hù)；故障排除

變電站是電力輸變電系統(tǒng)中的重要組成部分。為保證運(yùn)行設(shè)備安全，變電站中，特別是高電壓等級(jí)的變電站配置了冗余的、環(huán)環(huán)相扣的、復(fù)雜的繼電保護(hù)系統(tǒng)。由于其配置及接線的復(fù)雜性，繼電保護(hù)故障經(jīng)常有隱蔽性，故障排除工作難度較大。

繼電保護(hù)按構(gòu)成設(shè)備可以分為繼電保護(hù)裝置、二次回路、相關(guān)輔助設(shè)備，按被保護(hù)設(shè)備可以分為線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、電抗器保護(hù)等。為了便于分析比較，本文按構(gòu)成設(shè)備對(duì)工作中遇到的故障進(jìn)行分類總結(jié)。

一、繼電保護(hù)裝置故障及其應(yīng)對(duì)措施

繼電保護(hù)裝置是繼電保護(hù)系統(tǒng)的大腦，通過(guò)計(jì)算分析、特征量比較識(shí)別故障點(diǎn)位置及故障類型，并采取針對(duì)性的措施有效隔離故障。微機(jī)保護(hù)裝置主要由五部分組成，分別是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、運(yùn)算處理系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)、人機(jī)接口及電源系統(tǒng)。其常見故障及應(yīng)對(duì)措施如下：

1、保護(hù)裝置軟件存在缺陷。不同廠家的保護(hù)裝置，其實(shí)現(xiàn)方法、原理特別是判別故障的算法及邏輯不盡相同。運(yùn)行中曾出現(xiàn)某型號(hào)失靈保護(hù)裝置，在試驗(yàn)完畢后其出口節(jié)點(diǎn)自保持，需通過(guò)裝置斷電重啟后才能復(fù)歸；某型號(hào)母差保護(hù)裝置運(yùn)行中會(huì)時(shí)常誤發(fā)CT斷線閉鎖告警型號(hào)，故障情況下可能會(huì)導(dǎo)致裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。

應(yīng)對(duì)措施：隨著微機(jī)保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中多年運(yùn)行的積累，保護(hù)裝置的版本不斷更新，裝置原理已十分成熟，一般情況下其保護(hù)原理、邏輯都能正確工作，但不排除運(yùn)行中一些異常情況下可能出現(xiàn)的邏輯漏洞。對(duì)于新入網(wǎng)的保護(hù)裝置，應(yīng)加強(qiáng)入網(wǎng)檢驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。對(duì)于保護(hù)裝置新的軟件版本，應(yīng)注意比較與舊版本的區(qū)別，仔細(xì)校驗(yàn)。在定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意查看保護(hù)裝置運(yùn)行的歷史記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置運(yùn)行過(guò)程中曾經(jīng)出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，及早消除事故隱患。

2、保護(hù)裝置硬件故障。實(shí)際中運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的保護(hù)裝置，特別是服役接近或超過(guò)十年的保護(hù)裝置電源模塊，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裝置“運(yùn)行燈”熄滅。

電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展、完善，使得微機(jī)保護(hù)裝置的整體可靠性不斷提升。但由于發(fā)熱、老化，電子元器件均存在使用壽命問(wèn)題。這一點(diǎn)在微機(jī)保護(hù)中，特別是采用電子元器件較多的裝置電源模件，現(xiàn)象尤為突出。通常情況下，電子元器件的壽命為7～10年左右，因此，相關(guān)規(guī)定中明確提出，微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)電源模件宜在運(yùn)行6年后予以更換。

二、繼電保護(hù)二次回路故障及其排除

常規(guī)變電站中，保護(hù)裝置通過(guò)二次回路獲取被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行工況、作用于被保護(hù)設(shè)備的斷路器、與監(jiān)控、其他保護(hù)進(jìn)行信息交互。繼電保護(hù)二次回路主要包括直流電源回路、交流電壓電流回路、控制回路、與其他保護(hù)配合的二次回路及相關(guān)監(jiān)控、故障錄波信號(hào)回路。二次回路常見的故障主要有：

1、直流接地故障

直流接地故障是一種較為常見的故障。變電站中直流兩點(diǎn)接地，可能或造成斷路器跳閘或拒動(dòng)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。變電站中造成直流接地故障的原因很多，較為常見的有電纜線芯絕緣被破壞，電纜線芯帶電觸碰金屬外殼、接地銅排等設(shè)備接地部分，接線端子絕緣老化，變壓器本體保護(hù)二次接線盒內(nèi)潮濕導(dǎo)致絕緣降低等。

為了避免直流接地故障發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)絕緣檢查，特別是注意端子箱、機(jī)構(gòu)箱、變壓器本體二次接線盒等防雨防潮措施檢查。需要指出的是，加裝加熱器、烘潮器等是常見的端子箱、機(jī)構(gòu)箱防潮措施，但有些加熱器、烘潮器受設(shè)計(jì)或端子箱、機(jī)構(gòu)箱空間結(jié)構(gòu)限制，安裝位置不合理，距離電纜很近，會(huì)加速電纜絕緣老化，給運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。

在保護(hù)改造過(guò)程中，對(duì)于需要拆除的電纜，要兩側(cè)同時(shí)拆除，避免遺漏造成廢棄電纜帶電。

2、兩組直流回路串電

220kV及以上電壓等級(jí)的變電站，其直流通常具有兩組相互獨(dú)立的直流系統(tǒng)，以提高可靠性。兩組直流回路串電，將影響兩組直流系統(tǒng)的獨(dú)立性，降低可靠性。此時(shí)若發(fā)生直流接地故障，則同時(shí)影響兩組直流系統(tǒng)運(yùn)行，還可能造成保護(hù)誤動(dòng)。

目前絕大部分直流電源均配有直流接地絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生直流接地或兩組直流串電故障時(shí)，通常能夠及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。排除直流接地故障的困難之處在于查找接地點(diǎn)或串電故障點(diǎn)。直流回路存在于變電站中各電壓等級(jí)的每一個(gè)斷路器的控制回路、每一個(gè)元件的信號(hào)回路。早期人們查找直流接地時(shí)，由于技術(shù)手段不發(fā)達(dá)，只能采用逐一拉路的辦法，即斷開一組直流電源，觀察直流接地是否消失，若無(wú)則恢復(fù)該組直流電源，繼續(xù)斷開下一組直流電源，逐一排除?，F(xiàn)在借助先進(jìn)的儀器，能夠在不斷電的情況下確定接地點(diǎn)位置，方便了維護(hù)人員。但對(duì)于接地點(diǎn)接地電阻較大或接地不穩(wěn)定的情況，儀器通常不能正常識(shí)別，值得進(jìn)一步研究。

3、二次寄生回路

寄生回路是二次接線中的一種常見問(wèn)題，常發(fā)生在控制回路中。在“六統(tǒng)一”實(shí)施之前，為了提高保護(hù)的可靠性，保護(hù)裝置之間的回路聯(lián)系較多，如相互閉鎖回路、啟動(dòng)失靈回路等，也較為復(fù)雜?？刂苹芈分?，一些斷路器機(jī)構(gòu)，特別是液壓機(jī)構(gòu)斷路器，其閉鎖回路需要利用操作電源作為驅(qū)動(dòng)，且壓力低告警、壓力低閉鎖重合閘、閉鎖合閘、閉鎖跳閘等回路較多，加之機(jī)構(gòu)自帶的防跳回路、非全相回路，回路復(fù)雜，接線過(guò)程中稍不注意，就會(huì)形成寄生回路。寄生回路可能導(dǎo)致兩組直流串電、斷路器分合過(guò)程中不正確動(dòng)作、位置指示不正確等問(wèn)題，危害性較大。因此，防止寄生回路一直是保護(hù)專業(yè)的一項(xiàng)重要工作。有些寄生回路暴露的問(wèn)題較為明顯，容易被發(fā)現(xiàn)，有些寄生回路具有隱蔽性，在某些特定的情況下才會(huì)暴露。運(yùn)行維護(hù)工作中，需要特別注意二次回路接線的正確性。

4、交流電壓電流回路接地不規(guī)范引發(fā)的保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。

交流電壓電流回路的正確性是保護(hù)裝置測(cè)量正確的基礎(chǔ)。因此，相關(guān)規(guī)程中明確規(guī)定，交流電壓電流回路變動(dòng)后，需定相、測(cè)試六角圖，核對(duì)相序及回路接線的正確性。接線正確性不易判別的零序電壓、零序電流回路，目前保護(hù)裝置已不再接入。

需要注意的是，為了防止感應(yīng)產(chǎn)生高電壓，交流電壓、電流二次回路均要求接地且必須為一點(diǎn)接地。定相、六角圖測(cè)量只能保證回路接線的正確性，而回路接地是否滿足要求，在正常運(yùn)行工況下，不易檢測(cè)。交流電壓、電流二次回路兩點(diǎn)接地在正常運(yùn)行時(shí)，影響很小，不易發(fā)現(xiàn)，但在故障情況下，由于短路電流很大，在地網(wǎng)中通過(guò)的電流很大，電流回路兩點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)接地點(diǎn)間產(chǎn)生分流，影響電流的正確性；電壓回路兩點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)接地點(diǎn)的中性點(diǎn)間存在電壓差，影響裝置測(cè)量電壓的正確性。交流電壓、電流回路兩點(diǎn)接地均可能導(dǎo)致保護(hù)裝置不正確動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍。

三、相關(guān)輔助設(shè)備故障

相關(guān)輔助設(shè)備也是繼電保護(hù)的重要組成部分，如收發(fā)信機(jī)、2M通信接口裝置等通道設(shè)備，為繼電保護(hù)裝置功能實(shí)現(xiàn)提供通信通道，使得不同地點(diǎn)的保護(hù)裝置之間能夠交換信息。常見的輔助設(shè)備故障主要有2M接頭接觸不良，尾纖接頭熔接質(zhì)量不高等。為避免此類故障，調(diào)試過(guò)程中應(yīng)對(duì)通道進(jìn)行全面測(cè)試，確保通道中各個(gè)環(huán)節(jié)工作正?？煽?。

四、結(jié)語(yǔ)

盡管智能變電站發(fā)展勢(shì)頭迅猛，未來(lái)幾年的時(shí)間里常規(guī)變電站仍在電力系統(tǒng)中占據(jù)絕大多數(shù)。常規(guī)變電站繼電保護(hù)的運(yùn)行維護(hù)是一項(xiàng)重要工作。本文中，歸納總結(jié)了常規(guī)變電站中繼電保護(hù)的常見故障及應(yīng)對(duì)措施。希望能夠?yàn)槔^電保護(hù)的日常運(yùn)行維護(hù)工作提供參考。

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