淺析基于繼電保護(hù)裝置構(gòu)建下的二次回路單點(diǎn)損壞保護(hù)

王濤

摘 要：今年來(lái)，由于單點(diǎn)損壞造成的繼電保護(hù)事故有很多，本文從問(wèn)題根源出發(fā)，對(duì)二次回路的單點(diǎn)損壞進(jìn)行了分析和探討，并制定了一些有針對(duì)性的防范措施，在現(xiàn)場(chǎng)的具體實(shí)踐下，這些措施被證明是合理的、有效的。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)裝置；二次回路；單點(diǎn)；損壞；措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)的保證，是其最為關(guān)鍵的組成部分，可以有效預(yù)防事故的發(fā)生，對(duì)事故進(jìn)一步擴(kuò)大化發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)，許多因制造、回路設(shè)計(jì)中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)可靠閉鎖，沒(méi)有使用單元件，使用單元件故障閉鎖，只是少數(shù)制造廠，但是，由于單元件引發(fā)的相關(guān)故障還沒(méi)有具體的應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)多起事故的發(fā)生。本文分析了在單點(diǎn)損壞的情況下繼電保護(hù)不能拒動(dòng)或誤動(dòng)的問(wèn)題。

一、事故分析

根據(jù)近年電力系統(tǒng)故分析，繼電保護(hù)二次回路單點(diǎn)故障原因造成的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)情況時(shí)有發(fā)生。

2010年某變電站的500kV母差保護(hù)3B-BFG出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作之后，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的驗(yàn)證與檢查發(fā)現(xiàn)，一主通道的轉(zhuǎn)換插件出現(xiàn)問(wèn)題了，導(dǎo)致電流出現(xiàn)較大幅值，進(jìn)而交流電流元件異常情況的發(fā)生。仔細(xì)核查該保護(hù)硬件的設(shè)計(jì)中，直接采用差動(dòng)與母線相結(jié)合的出口方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓閉鎖，所以，500kV母線保護(hù)就不存在電壓閉鎖，這樣就造成了單獨(dú)的A＼D誤動(dòng)故障。

2011年某變電站220kV線路的開(kāi)關(guān)跳閘，經(jīng)檢查，短路故障是由于AD模件-15v的電源的濾波電容被擊穿，出現(xiàn)短路后，-15v電壓再次恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，造成AD的轉(zhuǎn)換結(jié)果的變化沒(méi)有規(guī)律性，導(dǎo)致該套保護(hù)裝置與保護(hù)動(dòng)作分離。在硬件設(shè)計(jì)中，由于采用單個(gè)A＼D轉(zhuǎn)換器，是通過(guò)串聯(lián)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此通過(guò)上述技術(shù)無(wú)法確保保護(hù)裝置不產(chǎn)生誤動(dòng)。

2012年某變電站220kV PST1200主變保護(hù)的采樣回路出現(xiàn)異常導(dǎo)致保護(hù)誤為防止AD損壞，裝置硬件需要再次啟動(dòng)后，回路就能實(shí)現(xiàn)口出跳閘。但是在通道后備一樣的情況下，差動(dòng)保護(hù)AD回路需要彼此獨(dú)立，形成相互間的啟動(dòng)閉鎖或者是雙差保護(hù)同機(jī)箱出口在門(mén)開(kāi)或關(guān)時(shí)，該方案因?yàn)椴捎藐P(guān)通道所帶來(lái)的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法解決而無(wú)法應(yīng)用。

在2010年，在220kV開(kāi)關(guān)站某水電廠在進(jìn)行母線TV二次回路的交直流混纜改造的工程中，從屏將二次回路引入線解開(kāi)時(shí)，導(dǎo)致7臺(tái)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，甩負(fù)荷764MW。該電廠的主變間隙保護(hù)裝置只是使用一臺(tái)母線電壓互感器，間隙過(guò)壓保護(hù)使用的是開(kāi)口三角電壓，此電壓是經(jīng)過(guò)電壓互感器的，當(dāng)斷開(kāi)母線的二次回路接地點(diǎn)時(shí)，由于在電壓互感器中，二次回路的電纜太長(zhǎng)了，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的對(duì)地電容，使得主變間隙過(guò)壓繼電保護(hù)裝置兩端產(chǎn)生電壓，并且電壓值比較高，實(shí)際模擬中，電壓有效值會(huì)達(dá)到184V，最終導(dǎo)致間隙過(guò)壓保護(hù)裝置出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。

2011年某變電站的變壓器的保護(hù)裝置，過(guò)激磁保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)作，直接與三個(gè)側(cè)開(kāi)關(guān)分離，經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查后，端子排老化引起的，其造成節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而引起N點(diǎn)電壓偏移。在A屏保護(hù)裝置中，高壓側(cè)C相電壓幅值達(dá)到114V左右，是過(guò)激磁倍數(shù)的1.98倍，根據(jù)整定值來(lái)說(shuō)應(yīng)該在3秒內(nèi)跳閘，A相電壓幅值為32V，B相電壓也高達(dá)89V左右，零序電壓值為180V左右，而A屏保護(hù)的相間電壓基本是正常的。

二、故障分析及保護(hù)對(duì)策

在繼電保護(hù)系統(tǒng)全過(guò)程管理中，要求裝置制造、回路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)安裝調(diào)試、設(shè)備驗(yàn)收投運(yùn)、運(yùn)行維護(hù)，加強(qiáng)對(duì)可能出現(xiàn)二次回路單點(diǎn)影響系統(tǒng)安全的情況進(jìn)行分型，并采取相應(yīng)的對(duì)策，以解決系統(tǒng)中二次回路單點(diǎn)故障擴(kuò)散為電網(wǎng)故障的情況發(fā)生，重點(diǎn)注意以下幾方面。

1 直流系統(tǒng)故障伴隨電壓切換回路故障

2009年某變電站220kV遭到雷擊，破壞了二次回路導(dǎo)致附近區(qū)域出現(xiàn)短路故障，系統(tǒng)在低壓情況下，變電站內(nèi)蓄電池缺乏容量并且脫扣失電情況比較嚴(yán)重，最終系統(tǒng)失壓的嚴(yán)重后果，使得220kV母線電壓切換繼電器時(shí)，沒(méi)有切入電源，最后造成兩條保護(hù)回路均產(chǎn)生誤動(dòng)作。因此，在電壓切換回路時(shí)，必須保證其失電的可靠性，可以采用雙位置繼電器或磁保持作為保障。

2 TV反充電引起整段保護(hù)母線失壓故障

2008年某電廠在啟動(dòng)過(guò)程中，檢修正在運(yùn)行的某段母線時(shí)，倒閘完成母線與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，造成某第二段母線和二次回路同時(shí)出現(xiàn)跳閘情況，造成兩段母線的保護(hù)裝置均沒(méi)有電壓顯示。檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，啟備變B211刀閘的接線處的接點(diǎn)發(fā)生松動(dòng)，電壓切換繼電器后引起同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作，斷開(kāi)母線開(kāi)關(guān)，停役母線失電運(yùn)行進(jìn)行反充電行為，導(dǎo)致空開(kāi)跳閘。

因此，在二次回路中應(yīng)該將兩個(gè)斷電器并列連接起來(lái)，這樣可以使用同一個(gè)繼電器控制電壓切換和節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控相關(guān)信號(hào)時(shí)必須接有“母線電壓并列”、“切換繼電器同時(shí)動(dòng)作”等信號(hào)。在母線出現(xiàn)送電、停電的情況下，對(duì)上述有關(guān)的警告信號(hào)進(jìn)行檢修，若出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)要暫且停止工作，然后派遣檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和處理。

對(duì)于沒(méi)有在保護(hù)線上加電壓閉鎖的，母差保護(hù)硬件必須有兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)完成，即差動(dòng)和閉鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)；在對(duì)二次保護(hù)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須以單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)為目的，避免由于單點(diǎn)故障造成多臺(tái)設(shè)備跳閘的情況，各變壓器應(yīng)該使用獨(dú)立的配置，避免共同使用，以有效防止單點(diǎn)事故的發(fā)生；在TV二次電壓回路中，性點(diǎn)漂移等情況對(duì)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)激磁保護(hù)跳閘情況，為了避免此類(lèi)事故的發(fā)生，在對(duì)500kV主變過(guò)激磁保護(hù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)該扣除零序電壓，作為相電壓幅值，TV出現(xiàn)斷線情況后選擇相電壓幅值的最小值。

3 繼電保護(hù)裝置中采樣回路故障

在對(duì)保護(hù)硬件系統(tǒng)實(shí)施設(shè)計(jì)時(shí)，首先要保證產(chǎn)品的規(guī)格和要素，再對(duì)產(chǎn)品的要求進(jìn)行分析，比如設(shè)備工藝限制、EMC、防護(hù)與安規(guī)、可用性和可靠性要求、儲(chǔ)存環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境等，依據(jù)需求對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行預(yù)計(jì)、分配和論證，對(duì)于元器件的篩選必須嚴(yán)格，確保使用可靠元件，對(duì)于失效的元件必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)和丟棄，要嚴(yán)格保障產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題和可靠度。通過(guò)相關(guān)系統(tǒng)來(lái)認(rèn)證和檢驗(yàn)元件的質(zhì)量，使用電子可靠應(yīng)用技術(shù)對(duì)于市場(chǎng)上的失效元件進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，然后進(jìn)行再生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品的可靠性。采用冗余技術(shù)，針對(duì)某些單板或器件的可靠性無(wú)法滿(mǎn)足基本要求的情況。比如在對(duì)繼電保護(hù)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須分開(kāi)配置啟動(dòng)元件和測(cè)量元件，遵循分開(kāi)配置的原則。

4 公用回路事故造成保護(hù)設(shè)備事故

為防止此一系列錯(cuò)誤動(dòng)作的出現(xiàn)，可以采取以下措施：（1）軟件措施1，CPU板的相關(guān)元件和管理板的啟動(dòng)元件同時(shí)發(fā)生動(dòng)作時(shí)，才能真正發(fā)生跳閘。（2）硬件措施，啟動(dòng)與跳閘相結(jié)合的出口方式，由CPU板來(lái)判斷跳閘，接著管理板完成啟動(dòng)邏輯，兩者的完成功能動(dòng)作是相互獨(dú)立的（3）軟件措施2，在計(jì)算保護(hù)的啟動(dòng)時(shí)，把瞬時(shí)值和幅值的計(jì)算結(jié)果結(jié)合起來(lái)，只有多點(diǎn)瞬時(shí)值啟動(dòng)和幅值啟動(dòng)條件同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，故障處理的運(yùn)算才能進(jìn)行。通過(guò)多種的軟件措施與硬件措施相結(jié)合的方式可以有效地完善防誤措施，在多次現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐中，這些措施都得到了成功運(yùn)用，有效地阻止了誤動(dòng)的產(chǎn)生。

三、對(duì)于二次回路造成的保護(hù)拒動(dòng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)于引起保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，此保護(hù)拒動(dòng)主要是由保護(hù)裝置和二次回路點(diǎn)單出現(xiàn)問(wèn)題造成的。這樣的保護(hù)裝置比較單一，只能處理本體出現(xiàn)的單點(diǎn)故障，裝置自行檢查之后就可以發(fā)出警告信號(hào)，但是，很多故障的隱藏性非常好，只有通過(guò)年檢才會(huì)發(fā)現(xiàn)，比如出口繼電器與二次電纜方面的問(wèn)題，根據(jù)平時(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)可以看出，在實(shí)際運(yùn)行中有些保護(hù)裝置的開(kāi)入環(huán)節(jié)比較容易出現(xiàn)單點(diǎn)損壞的問(wèn)題，進(jìn)而造成保護(hù)拒動(dòng)的發(fā)生，因此解決措施從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行闡述。

1 刀閘母差保護(hù)電源和開(kāi)入電源損壞評(píng)估的分析

過(guò)去，對(duì)于母差保護(hù)只配備一個(gè)電源，聯(lián)接裝置和開(kāi)入回路電源，母差開(kāi)入回路中，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)入機(jī)構(gòu)和刀閘機(jī)構(gòu)，這樣一來(lái)運(yùn)行的工作環(huán)境是非常不好的，因此造成直流失地、短路等情況的不斷發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致電源數(shù)據(jù)的丟失與損壞，那么在此環(huán)境下，母線一旦出現(xiàn)問(wèn)題，保護(hù)拒動(dòng)就會(huì)隨之發(fā)生。其相應(yīng)的處理措施為獨(dú)立配置開(kāi)入電源和母差保護(hù)裝置，同時(shí)要求在開(kāi)入電源丟失后，母線保護(hù)必須能夠記憶原狀態(tài)，以確保母差保護(hù)動(dòng)作可靠，避免誤動(dòng)。在某變電站的一次事故中，短電流進(jìn)入母差保護(hù)裝置，是借助于刀閘開(kāi)入開(kāi)關(guān)進(jìn)入的，導(dǎo)致母差開(kāi)入開(kāi)關(guān)電源的損壞，但是在裝置內(nèi)，獨(dú)立電源和開(kāi)入裝置具有記憶的功能。一定程度上確保了母差保護(hù)裝置的動(dòng)作正確，有效防止故障的不斷擴(kuò)大。

2 變壓器電量保護(hù)電源損壞評(píng)估分析

變壓器在非電量保護(hù)裝置下運(yùn)行，開(kāi)入回路的環(huán)境是極其惡劣的，與母差保護(hù)裝置的功能相似，本體上安裝的繼電器容易進(jìn)入雨水，對(duì)直流電源的影響非常嚴(yán)重，開(kāi)入回路和裝置公共使用一個(gè)電源時(shí)，此情況下也會(huì)發(fā)生拒動(dòng)事故，而且事故范圍非常廣，因此需要保護(hù)裝置進(jìn)行獨(dú)立配置，分別配置開(kāi)入電源和非電量繼電保護(hù)裝置，使變壓器的非電量保護(hù)的有可靠性得到充分展現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文中分析和探討了二次回路元件損壞導(dǎo)致的事故案例，采用獨(dú)立配置的策略來(lái)解決問(wèn)題，分別配置測(cè)量元件和啟動(dòng)元件；對(duì)于異常情況下多個(gè)設(shè)備的跳閘事故，采取TV措施來(lái)解決；針對(duì)于拒動(dòng)和誤動(dòng)的情況，采用分別獨(dú)立配置開(kāi)入電源、變壓器非電量裝置電源、母差保護(hù)裝置電源的方法來(lái)解決。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，加入閉鎖條件來(lái)解決一些情況特殊的故障，這種方式是解決此類(lèi)問(wèn)題最常用的。總而言之，要不斷提高元器件質(zhì)量，在出廠時(shí)要加強(qiáng)驗(yàn)收工作，必須嚴(yán)格進(jìn)行檢驗(yàn)，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置的回路、軟件、硬件時(shí)，必須引入冗余原則，對(duì)其加強(qiáng)應(yīng)用，在設(shè)計(jì)一次設(shè)備裝置時(shí)，要以降低單元件的破壞率為目標(biāo)，進(jìn)而有效避免事故的發(fā)生。

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