高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的可靠性研究

周泰源

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650000）

0 引 言

繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置是確保高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，一旦自動(dòng)裝置出現(xiàn)了故障，如動(dòng)作失誤、延遲等，就表示繼電保護(hù)系統(tǒng)不能對電網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行正確判斷，更不能將判斷信息發(fā)送到值班室。如果此時(shí)的電網(wǎng)電流過大，則可能會導(dǎo)致線路損壞和供電中斷問題。因此，需要確保繼電保護(hù)的可靠性。

1 高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置故障類型及原因

1.1 電壓互感器二次電壓回路故障

此故障一直是高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的主要問題之一，并且繼電保護(hù)工作從電壓互感器開始。這表示電壓互感器的運(yùn)行情況直接關(guān)系到高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。雖然電壓互感器二次回路設(shè)備數(shù)量不多，且接線也不復(fù)雜，但是電壓互感器二次電壓回路故障類型卻相對較多，故障導(dǎo)致的最嚴(yán)重后果是保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

分析以往的高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置運(yùn)行情況可知，電壓互感器二次電壓回路故障主要體現(xiàn)在如下3個(gè)方面。

第一，電壓互感器二次中性點(diǎn)接地方式異常。具體表現(xiàn)是二次未接地、虛接、或者是多點(diǎn)接地，主要是由變電站接地網(wǎng)原因和接線工藝原因?qū)е耓1]。電壓互感器到接地網(wǎng)之間的電壓具體數(shù)值的影響因素主要有各相電壓不平衡差異、接觸電阻，并且這一電壓會施加到保護(hù)裝置上，當(dāng)各相電壓出現(xiàn)變化時(shí)，會導(dǎo)致阻抗元件拒動(dòng)或誤動(dòng)。

第二，電壓互感器開口三角電壓回路異常。具體表現(xiàn)有電壓互感器開口三角電壓回路斷線等，主要是由機(jī)械原因?qū)е?，但是短路故障則和工作人員的部分習(xí)慣有關(guān)。電磁型母線和變壓器的保護(hù)系統(tǒng)中，如果想要確保電壓處于零序電壓定值狀態(tài)下，就需要限制電阻短接。因此，操作人員大多數(shù)會選擇應(yīng)用小刻度的電流繼電器，以造成開口三角回路阻抗的下降。此時(shí)如果出現(xiàn)了接地故障，零序電壓會增加，回路負(fù)荷阻抗會減小，回路電流會增加，導(dǎo)致電壓繼電器和電流繼電器線圈過熱，進(jìn)而引發(fā)絕緣破壞，出現(xiàn)故障問題。

第三，電壓互感器二次失壓。此故障屬于常見的高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置故障之一，其故障原因主要是開斷設(shè)備性能不完善、二次回路不完善[2]。

1.2 電流互感器故障

此故障一直是高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的主要問題之一，電流互感器也是判斷高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行情況的主要設(shè)備。具體地，電流互感器能夠顯示出一次電流的波形，同時(shí)還能顯示故障位置處的電流變化率、電流數(shù)值、電流波形及電流相位。但是傳統(tǒng)的電流互感器并不能有效地做到前文所述的要求。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)電流互感器的制作原理是電磁感應(yīng)原理，并通過鐵芯耦合來實(shí)現(xiàn)一、二次電流變換；而鐵芯具備磁飽和特性，且屬于非線性組件；如果一次電流數(shù)值超過了額定值，電流互感器會處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流也會增加，高次諧波分量和非周期分量數(shù)量也會增加，進(jìn)而導(dǎo)致二次電流失真，對繼電保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響。

在電工基礎(chǔ)理論中，可以總結(jié)出如下觀點(diǎn)。如果電流互感器會處于飽和狀態(tài)，一次電流中的直流分量會增多，加上鐵芯中有剩磁的成分，一旦鐵芯短路，在運(yùn)行半個(gè)周期后互感器便會達(dá)到飽和狀態(tài)[3]。于是一次電流在運(yùn)行狀態(tài)下便會轉(zhuǎn)變?yōu)閯?lì)磁電流，此時(shí)二次電流基本為0，并且由于電流互感器過于飽和，其傳變特性會下降，甚至?xí)档?，電流互感器便會出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)問題，進(jìn)而引發(fā)主變壓器后備保護(hù)越級跳閘。

1.3 微機(jī)保護(hù)裝置故障

導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置故障的原因主要有兩個(gè)，一個(gè)是電源原因，另一個(gè)是干擾和絕緣原因。電源原因指的是電源輸出功率不足，導(dǎo)致輸出電壓降低，進(jìn)而導(dǎo)致了電路基準(zhǔn)值異常、充電電路時(shí)間變短等問題，進(jìn)而導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)邏輯配合失誤、邏輯功能判斷失誤等故障。

2 高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置故障處理方式

2.1 直觀處理方式

直觀處理方式是最為常見的高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置故障處理方式，不涉及到任何的檢查儀器設(shè)備，需要維修人員通過視覺、聽覺及嗅覺來判斷故障位置、觀察設(shè)備運(yùn)行情況。直觀處理方式的應(yīng)用原理如下。如果電網(wǎng)或繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)了運(yùn)行問題和故障，其中部分元器件或線路就會出現(xiàn)變色、冒火星等情況，這些均可以通過肉眼直接觀察所得；部分設(shè)備存在故障后會出現(xiàn)異常聲響，維修人員通過判斷聲音方向便可以縮小故障范圍，并進(jìn)一步確定故障位置；部分設(shè)備存在故障后會產(chǎn)生熱源，設(shè)備和線路在高溫環(huán)境下運(yùn)行會產(chǎn)生焦味，維修人員通過嗅覺即可處理故障。但是這種故障處理方式的應(yīng)用需要維修人員具備豐富的高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置故障處理經(jīng)驗(yàn)，以充分發(fā)揮直觀處理方式的應(yīng)用效果。

2.2 短接處理方式

安裝高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的主要目的是確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，如果電網(wǎng)存在故障，保護(hù)裝置可以自動(dòng)對電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)；但如果保護(hù)裝置出現(xiàn)了故障，就會導(dǎo)致自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作不正確，甚至是不出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)故障。此時(shí)，維修人員有必要及時(shí)處理保護(hù)裝置故障，避免對電網(wǎng)運(yùn)行造成進(jìn)一步影響。短接處理方式指的是通過人工短接導(dǎo)線的方式來判斷故障位置。這種逐一環(huán)節(jié)檢查的方式能夠準(zhǔn)確地判斷故障范圍，隨后再具體判定故障位置，維修人員即可針對故障類型采取相應(yīng)的維修方式，進(jìn)而盡快恢復(fù)保護(hù)裝置的保護(hù)功能。

2.3 參照處理方式

參照處理方式指的是以高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置的正常運(yùn)行參數(shù)為參照，如果裝置出現(xiàn)了故障，其運(yùn)行參數(shù)必然會和正常狀態(tài)下的參數(shù)之間存在差別，維修人員便可以對比故障裝置和正常裝置的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，找到異常運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)而找到相應(yīng)的故障位置。參照處理方式一般應(yīng)用在高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置定期校驗(yàn)、接線錯(cuò)誤故障檢驗(yàn)中，并且此方式還能夠排查潛在故障。很多潛在故障通過其他故障檢測方式是無法排查的，只能通過對比運(yùn)行參數(shù)的方式，才能準(zhǔn)確地找到故障位置并分析故障原因。但參照處理方式不能應(yīng)用在經(jīng)過回路改造和設(shè)備更換的高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置故障診斷中。這是因?yàn)檫@些設(shè)備的線路和零部件與常規(guī)設(shè)備有所差別，通過接線分析方式并不能有效地分析出其故障。

2.4 逐項(xiàng)拆除處理方式

逐項(xiàng)拆除處理方式指的是將并聯(lián)的二次回路線路按照一定的順序脫開，隨后再按照脫開的順序?qū)⒕€路依次放回，如果線路在放回后能夠正常運(yùn)行，表示被放回的線路不存在任何故障；如果線路在放回后不能夠正常運(yùn)行，表示被放回的線路存在故障。逐項(xiàng)拆除處理方式一般應(yīng)用在高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置直流接地、交流電源熔絲等故障診斷中。具體地，在診斷直流接地故障時(shí)，需要先結(jié)合電路負(fù)荷的重要程度，分別將直流屏短時(shí)間拉開，即切斷線路，通常需要將切斷時(shí)間控制在3 s以內(nèi)，如果切斷線路后故障依然沒有消失，表示故障不存在在被切斷線路上；如果切斷線路后故障消失，表示故障存在在被切斷線路回路上。此時(shí)需要再通過切斷線路方式來找到故障所在的具體支路，在找到故障位置后，便可以拆除電源端端子尋找到故障點(diǎn)，維修人員即可針對故障類型采取相應(yīng)的維修方式。在診斷交流電源熔絲故障時(shí)，需要從電壓互感器的二次端相將引出的端子分離，維修人員即可針對故障類型采取相應(yīng)的維修方式。

2.5 替換處理方式

替換處理指的是用功能正常的設(shè)備元件來取代疑似存在故障的元件，以判斷被取代的元件是否存在故障，進(jìn)而盡快地尋找到設(shè)備故障，適用于綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置故障處理操作。同時(shí)，如果要尋找內(nèi)部回路復(fù)雜單元繼電器的故障、微機(jī)保護(hù)故障，也可以應(yīng)用替換處理方式。如果采取該方式后設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，說明被替換來下的元件存在故障；如果設(shè)備沒有恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，還需要選擇其他的故障檢查和解決方式。

3 結(jié) 論

考慮到高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置在運(yùn)行過程中難免會出現(xiàn)故障，維修人員需要掌握故障類型、原因及處理方式，以提高繼電保護(hù)故障處理專業(yè)程度。同時(shí)，需明確故障分析和處理是繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，需提高工作效率，以確保高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置運(yùn)行的可靠性。