變電站繼電保護技術(shù)改造與對策分析

摘要：結(jié)合運行變電站技術(shù)改造，針對繼電保護交流、直流回路的接線及二次回路安裝問題進行了詳細(xì)分析。結(jié)合現(xiàn)場情況針對模擬量、開關(guān)量的采集提出了新的方法，提高了工作效率，同時對繼電保護的拆除及安裝采取了有效的措施。

關(guān)鍵詞：電壓回路；電流回路；分布式變電站；施工；保護屏聯(lián)動

中圖分類號：TM63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0105-02

隨著我國智能化變電站繼電保護的發(fā)展，對于運行多年而不適應(yīng)系統(tǒng)對繼電保護及自動裝置的可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求，不符合國家智能化繼電保護的部分進行了技術(shù)改造。例如對超高壓變電站淄川變電站、嶗山變電站、濰坊變電站的母線保護、變壓器保護等進行了大規(guī)模的技術(shù)改造，近年來平均更換變壓器保護2250MVA/年、10條線路保護/年、6套母線保護/年等。新技術(shù)的應(yīng)用保證了系統(tǒng)的安全可靠運行。

一、模擬量的二次接線

1.保護屏的電壓回路檢查

電壓回路的二次短路是相當(dāng)危險的，嶗山站35kVTV、濟南站220kV黃濟II線出線TV、濰坊站220kV濰平線出線TV都因二次接線錯誤、接線柱短路，造成電壓互感器燒壞或危及系統(tǒng)和設(shè)備的安全運行。在交流回路中的電壓切換YQJ繼電器回路只有一個用途，就是將220kV母線電壓的UAI、UAII經(jīng)母線隔離開關(guān)DS#動合輔助接點啟動重動繼電器1YQJI或者1YQJII，將母線A相電壓通過保護屏的端子引到保護屏內(nèi)，供保護裝置、測量裝置重合閘同期使用。[1]如果正確，在保護屏的顯示板上可以看到線路A相電壓與母線A相電壓相位差為0°。為了驗證電壓二次回路的小母線及分支的保護、測量、計量等準(zhǔn)確性，可使用如下方法：合上1GW（Y21B）母線隔離開關(guān)或者2GW（Y22B）母線隔離開關(guān)，使電壓隔離開關(guān)重動繼電器啟動，面板上顯示動作情況正確，斷開N600一點接地。首先使用數(shù)字萬用表的電阻檔測量相與相、相與N600之間是否有短路現(xiàn)象；其次，進行絕緣測定，通常直流電阻>200Ω（斷開小型斷路器），絕緣電阻>20MΩ，在電壓繼電器屏上分別對三組二次繞組加入電壓，通常是A650～N600加入50V、B650～N600加入40V、C650～N600加入30V電壓，在TV二次輸出端和各分支路使用表計測量應(yīng)該完全相同，保護屏面板顯示完全相同；再次在A650’～N600加入50V、B650’～N600加入40V、C650’～N600加入30V電壓，在TV二次輸出端和各分支路使用表計測量應(yīng)該完全相同，測控、計量屏面板顯示完全相同；最后在L650～N600之間加入30V電壓，在TV二次輸出端和各分支路使用表計測量應(yīng)該完全相同。對其他例如電壓互感器端子箱、電度表柜、故障錄波器柜、測控柜等裝置進行測量。

2.CVT的二次接地

CVT二次的多點接地，在接地網(wǎng)電阻不合格的情況下，二次絕緣一旦被擊穿，高電壓將大面積侵入電氣設(shè)備，主要是跨步電壓和接觸電壓，損壞保護及測量裝置，同時危及工作人員的生命危險。但是超高壓變電站的接地網(wǎng)經(jīng)過檢驗和預(yù)試在合格范圍之內(nèi)，因此，只要保證全變電站通過N600母線的一點接地，以上事故發(fā)生的幾率很小。按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計在電網(wǎng)中的規(guī)定與使用，電壓互感器的二次回路只允許有一處接地，接地點宜設(shè)在控制室內(nèi)，

應(yīng)牢固焊接在接地小母線上，[2]見圖1。隨著分布式變電站的使用，電壓互感器的二次一點接地的N600小母線已經(jīng)從集中在一個控制室內(nèi)發(fā)展到地點、距離越來越遠(yuǎn)的分布式保護室，特別是220kV開關(guān)站，后來擴建為500kV變電站。因此，N600不可能全部滿足各保護室的一點接地問題，設(shè)計要求兩點接地。

3.電流回路

技術(shù)改造不僅要更換繼電保護屏，而且對同間隔的互感器也要進行更換，TA二次繞組的型號用錯時有發(fā)生。例如二次檢修班對ZC站 500kVXX線進行驗收，在對XX線5033TA本體二次接線的驗收中，班組人員發(fā)現(xiàn)施工人員接線錯誤，將6個繞組的順序接反，導(dǎo)致測量用0.2S級線圈被接到了線路保護I，而線路保護I用TPY級線圈被接到了測控裝置，開關(guān)保護用5P25級線圈被接到線路保護II，線路保護II用TPY級線圈被接到了開關(guān)保護。此接線方式存在重大安全隱患，一是保護用TA用測量級，在正常負(fù)荷電流的情況下沒有影響，但在故障發(fā)生后由于測量級TA過早飽和，將造成保護誤動或拒動。二是保護的方向性由TAT飽和，在反向故障時誤動的可能性較大。三是母線保護所用TA與線路保護CT對換，將造成位于母線側(cè)的各個CT容量不一，導(dǎo)致母線保護出現(xiàn)差流，甚至跳閘，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。四是電流互感器的測量級和保護級輸出的不同點在于TPY級類保護用電流互感器要求在規(guī)定的工作循環(huán)的暫態(tài)中運行，保證規(guī)定的準(zhǔn)確性。暫態(tài)特性良好的電流互感器與普通電流互感器相比具有良好的抗飽和性能，在制造中可以通過增加鐵芯的截面積，選用高導(dǎo)磁材料或同時在鐵芯中加入非導(dǎo)磁間隙來改變磁路特性，即保護級的剩磁可以通過繞組鐵芯開氣隙加以改善。[4]測量級0.2S、0.5S和保護級5P20、TPY在直流極性測量的二次輸出，因所用鐵芯結(jié)構(gòu)不同呈現(xiàn)不同的幅值，因此可以準(zhǔn)確地一次讀出結(jié)果。直流極性法可以及時發(fā)現(xiàn)二次回路的正確性，在極性試驗中互感器一次側(cè)加量電池6V/2Ω=3A電流不變，二次輸出脈沖微安表顯示35～55微安，保護級則顯示20～30微安，表計表現(xiàn)十分明顯。對于220kV線路、變壓器，每相的電流互感器至少設(shè)有4個10P20、1個0.5級和1個0.2S級共6個繞組的電流互感器，以適應(yīng)雙套保護、母線差動及失靈保護、故障錄波及測量計量的需要。對于500kV線路、變壓器的電流互感器至少用7組，使用互感器直流測量，簡單的一次測量就可以通過二次微安表的反應(yīng)判斷互感器所接繞組的等級、極性。值得一提的是，有些互感器二次極性測量儀的測量通過發(fā)光二極管反應(yīng)，但是變電站由于受電磁場的影響，現(xiàn)象是雙燈都亮或不準(zhǔn)確，影響現(xiàn)場工作，不宜采用。

二、二次回路接線安裝工藝

技術(shù)改造必須重視繼電保護二次回路的接地問題，定期檢查這些接地點的可靠性和有效性。繼電保護二次回路接地，應(yīng)滿足以下要求：一是電壓互感器的二次回路只允許在控制室內(nèi)有一點接地（見圖1）。為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開的開關(guān)或熔斷器等（見圖2），圖中的1WYH-145-15表示電纜的走向。二是電流互感器二次繞組二次回路接地，公用電流互感器二次繞組二次回路只允許、且必須在相關(guān)保護柜屏內(nèi)一點接地。獨立的、與其他電壓互感器和電流互感器的二次回路沒有電氣聯(lián)系的二次回路應(yīng)在開關(guān)場一點接地。

微機型繼電保護裝置柜屏內(nèi)的交流供電電源（照明、打印機和調(diào)制解調(diào)器）的中性線（零線）不應(yīng)接入等電位接地網(wǎng)。[3]三是電纜接地部分、交流部分采用屏蔽電纜，并且兩端接地；不同性質(zhì)的（交直流）導(dǎo)線不共用一根電纜；電纜按輻射狀鋪設(shè)，避免出現(xiàn)環(huán)流；電纜應(yīng)盡可能離開高壓母線和暫態(tài)電流的入地點；利用地下電纜溝的屏蔽作用；改進變電站的接地。

三、技術(shù)改造與基建的不同點

技術(shù)改造是在已經(jīng)運行的變電站中對其中的一個間隔、區(qū)域進行拆除舊保護裝置，重新安裝新繼電保護屏。在拆除時，必須做好模擬量及開關(guān)量的帶電部分拆除工作。

1.保護柜電壓小母線的拆卸

更換保護柜，首先拆除及安裝小母線二次回路，拆裝小母線需要在帶電的情況下進行。首先確認(rèn)拆除小母線后不影響正在運行的其他保護屏。將一面絕緣物，例如沒有金屬物的圖紙鋪在小母線上；螺絲刀的金屬部分用絕緣膠布包扎，只露出3～5mm的尺寸；人員的工作服不得有金屬物。工作時兩側(cè)同時進行，拆一根，測量一根，核對一根?；謴?fù)時，首先使用數(shù)字萬用表歐姆檔測量被接的新保護屏無短路現(xiàn)象。

2.舊保護屏的拆除

系統(tǒng)中在2000年以后的超高壓變電站設(shè)計為分布式變電站，因此，電纜溝的面積較小，主電纜溝與分支到保護屏的電纜溝有時錯位，預(yù)留孔道狹小，給電纜的拆除及安裝帶來困難，特別是變壓器、母線保護的電纜較多。其中公用電纜、到戶外長電纜的需要保留，為安全可靠技術(shù)改造，以保留電纜原位置為原則進行拆除。采用保護屏傾斜法，將舊屏地腳螺絲、屏間螺絲、接地線等拆除后，同時斷開保護屏端子排所有的外部接線，將屏向前傾斜25°～30°，屏下面的傾斜空間以留出拆除電纜的空間為準(zhǔn)。在屏前必須用牢固物體（例如人字梯）進行支撐。將電纜對照圖紙使用標(biāo)簽機注明電纜名稱、接線編號，然后貼在舊電纜上。小心將電纜從保護屏下面傾斜空間抽出，所有電纜抽出后可以推出舊屏。新屏的安裝同基建安裝，可以利用新屏的下傾斜角放入電纜，節(jié)約時間，提高電纜的安裝質(zhì)量，電纜溝的電纜排列工藝不破壞。

四、傳動二次回路前期檢查與準(zhǔn)備工作

新保護屏試傳動二次回路及一、二次設(shè)備有聯(lián)系（如斷路器的機構(gòu)箱部分，隔離開關(guān)的機構(gòu)箱或手動機構(gòu)輔助接點、等設(shè)備），二次設(shè)備（如控制開關(guān)、聯(lián)鎖開關(guān)、熔斷器、信號燈、檢測裝置、繼電保護屏壓板開關(guān)等設(shè)備）應(yīng)安裝完好無損并固定牢固；應(yīng)調(diào)整斷路器及隔離開關(guān)等設(shè)備，并做過手動和電動跳閘合閘試驗。其輔助接點的切換準(zhǔn)確、接觸完全可靠；控制開關(guān)、聯(lián)鎖開關(guān)在每個位置動合、動斷觸點接觸良好，通、斷正確，檢測、繼電器操作箱與斷路器跳閘、合閘均應(yīng)調(diào)試合格，互感器的試驗極性正確，連接無誤，二次側(cè)接地正確可靠；快速開關(guān)與熔斷量符合設(shè)計要求，檢測屏發(fā)出信號無誤，所有二次設(shè)備標(biāo)簽如名稱、型號、容量清晰。

標(biāo)明監(jiān)測屏、保護屏、直流屏、動力屏、開關(guān)柜、控制箱的回路名稱，也可啟用調(diào)度編號，凡是有提名框的設(shè)備標(biāo)明其用途，轉(zhuǎn)換開關(guān)標(biāo)明用途和操作位置，屏后是安裝單位編號和設(shè)備代號，端子排標(biāo)明回路名稱，每個端子排應(yīng)標(biāo)明順序號，屏內(nèi)配線啟用相對編號，電纜接線采用回路編號并且校對正確，字跡清楚、不易脫色。

凡是屬于二次回路的緊固螺絲必須檢查緊固，為了防止遺漏，應(yīng)分片負(fù)責(zé)，要求彈簧墊壓平，兩個線圈應(yīng)加平墊圈，插件、焊接件、壓接件應(yīng)該接觸良好，屏柜接地良好。

對二次設(shè)備全面清掃干凈，并檢查施工中遺漏的導(dǎo)線頭。適當(dāng)保管工具等及多余的材料或隨屏、柜的備用器件。

嚴(yán)格審圖，做好準(zhǔn)備工作。試操作前應(yīng)達到的條件：二次回路的交流、控制電纜均已接好，保護屏及斷路器的階段試驗操作合格，二次回路的絕緣試驗滿足>10MΩ要求，直流與交流回路絕緣良好。

送直流電源事先測量其直流正與負(fù)之間的直流電阻值，以免引起短路。聯(lián)動線路保護、斷路器保護屏應(yīng)與斷路器、監(jiān)控、信號進行聯(lián)動。設(shè)備、信號、保護屏應(yīng)有人員聯(lián)系。除SF6氣體壓力降低等個別不允許泄壓，使用短接法顯示信號外，其他用實際故障、行為模擬。

帶斷路器聯(lián)動根據(jù)調(diào)試要求，通過斷路器聯(lián)動檢查回路正確，信號發(fā)出無誤。有時發(fā)現(xiàn)斷路器的回路不正確，可拆除斷路器跳合閘回路的聯(lián)線，找到原因后，再帶斷路器聯(lián)動，以減少斷路器開合閘次數(shù)。

五、結(jié)論

運行變電站的技術(shù)改造直接關(guān)系到系統(tǒng)安全、可靠穩(wěn)定。本文改造互感器二次回路的測量方法，電壓相位的核對、測量級與保護級的極性測量的核對、保護屏的安裝拆除及理論實踐較為創(chuàng)新，值得借鑒。

參考文獻：

[1]線路保護及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]電力系統(tǒng)繼電保護規(guī)定匯編[Z].第二版.北京：中國電力出版社，2002.

[3]《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》繼電保護專業(yè)重點實施要求[Z].2005.

[4]電力系統(tǒng)繼電保護題庫[Z].2008.

（責(zé)任編輯：王祝萍）