開關(guān)拒動引發(fā)繼電保護動作行為的研究

趙曉東，李 鋒，付雷雷

（國網(wǎng)宿州供電公司，安徽宿州 234000）

0 引言

在電力系統(tǒng)運行過程中，如果出現(xiàn)設(shè)備故障，將對電網(wǎng)安全與電力系統(tǒng)的運行有直接影響。繼電保護裝置會接收保護信號正常啟動，確保切除故障，阻止其繼續(xù)蔓延。如果操作回路出現(xiàn)故障，導(dǎo)致開關(guān)拒動則會觸發(fā)越級跳閘現(xiàn)象，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰，從而引發(fā)大面積的電網(wǎng)停電事故?，F(xiàn)階段，開關(guān)技術(shù)日趨成熟，通斷的可靠性大幅提升，但是仍然會出現(xiàn)開關(guān)拒動以及誤動作的問題，給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。因此，圍繞開關(guān)拒動引發(fā)繼電保護動作行為進行深入研究，探討開關(guān)拒動的原因以及解決措施，從而提升電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性。

1 繼電保護的原理及架構(gòu)設(shè)計

運行過程中如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，將導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行，嚴(yán)重時會造成電網(wǎng)崩潰、導(dǎo)致大面積停電事故。為了有效降低故障設(shè)備對整個電網(wǎng)的影響，需要借助繼電保護裝置及時切斷故障線路，減小故障和不正常工作設(shè)備所造成的影響。由此可見，繼電保護是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的重要保障。

繼電保護裝置主要是由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成（圖1）：測量部分主要作用是采集被保護單元的運行參數(shù)，并與保護的設(shè)定值進行對比分析，判斷被保護單元是否存在故障：如果運行參數(shù)超過設(shè)定值邊界，測量部分會向邏輯部分發(fā)送信號；邏輯部分接收來自測量部分的信號，按照預(yù)先設(shè)計的邏輯關(guān)系判斷是否觸發(fā)保護動作，并向執(zhí)行部分發(fā)送控制信號；執(zhí)行部分接收來自邏輯部分的信號，按照信號指令進行斷路器跳閘以及開關(guān)動作。

繼電保護裝置的主要功能是檢測電力系統(tǒng)中電氣量和設(shè)定值邊界比較，如果越過設(shè)定值邊界，就會觸發(fā)動作，其作用等同于一個自動化開關(guān)。當(dāng)電力系統(tǒng)某個單元出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置會迅速觸發(fā)，及時將故障單元從電力系統(tǒng)中切除，確保無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。當(dāng)電力系統(tǒng)被保護源之間出現(xiàn)異常時，同樣會觸發(fā)繼電保護裝置，根據(jù)運行維護條件發(fā)出控制信號，減負(fù)荷或者跳閘。在此過程中，繼電保護裝置不會迅速動作，而是根據(jù)電力系統(tǒng)源之間損害程度進行一定的延時，避免造成不必要的動作或者引起誤動作。

為了有效切除電力系統(tǒng)的故障，要求繼電保護具有一定的選擇性、靈敏性和可靠性。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護應(yīng)該有選擇性地切除故障，確保非故障部分的正常運行，最大限度縮小故障的影響。繼電保護的選擇性，可以通過正確整定上下級保護動作時限和電氣動作值的大小進行有效配合。同時繼電保護動作觸發(fā)的時間必須足夠快速，以減少故障對電力系統(tǒng)的影響時間。在實際應(yīng)用過程中，為了防止干擾信號對繼電保護造成誤動作，繼電保護裝置無需設(shè)置動作時限。繼電保護的靈敏性和可靠性是指在保護范圍內(nèi)對故障處理的反應(yīng)能力，對繼電保護裝置進行定期校驗和維護，確保其正常工作。

2 引發(fā)開關(guān)拒動的主要原因

開關(guān)是促使電路開路、確保電流中斷的電子元件，也是電力系統(tǒng)重要的設(shè)備之一，其能否正常啟動將直接影響到電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)拒動的因素包括機械故障、繼電保護裝置故障、開關(guān)儲能回路不暢通、大電流故障、電纜虛接等，下面對開關(guān)拒動的主要原因進行分析。

2.1 機械故障

機械故障是導(dǎo)致開關(guān)拒動的主要原因，如開關(guān)操作機構(gòu)中的線圈彈簧脫落或者缺乏彈性、開關(guān)啟動機構(gòu)出現(xiàn)卡塞等。由于控制開關(guān)啟動的線圈彈簧長時間操作，存在機械損傷沒有足夠動力，導(dǎo)致開關(guān)機構(gòu)無法正常工作，當(dāng)遇到電網(wǎng)故障時出現(xiàn)開關(guān)拒動現(xiàn)象。開關(guān)啟動機構(gòu)卡塞引發(fā)的開關(guān)拒動主要發(fā)生在半軸轉(zhuǎn)動的位置，當(dāng)開關(guān)接收到分閘信號時，轉(zhuǎn)動半軸位置出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象，扇形板無法接觸到半軸約束，導(dǎo)致開關(guān)拒動。

2.2 繼電保護裝置故障

繼電保護裝置故障屬于控制開關(guān)的軟件故障，如控制開關(guān)啟動的軟件程序存在問題、中央處理器出現(xiàn)紊亂、未及時有效地控制開關(guān)正常啟動、沒有對開關(guān)進行良好的維護與管理、開關(guān)元器件芯片損壞、接觸不良或者耦合電容擊穿等，將導(dǎo)致開關(guān)拒動。電壓或者電流不穩(wěn)定以及繼電保護裝置不具備抗干擾能力，也是開關(guān)拒動的原因之一。

2.3 開關(guān)儲能回路故障

開關(guān)儲能回路不暢通主要是由于電網(wǎng)線路存在嚴(yán)重老化現(xiàn)象，影響開關(guān)正常啟動。在電力系統(tǒng)中，某個單元出現(xiàn)短路時需要依靠熔斷器切斷短路電流，并且啟動斷路器分閘。但是線路老化會導(dǎo)致線路的電阻不斷升高，此時電流經(jīng)過老化線路會產(chǎn)生較強的熱效應(yīng)，不僅會加速線路老化，同時也會損耗電能，導(dǎo)致儲能回路中沒有足夠的電流儲備，進而影響繼電器正常啟動的電壓，造成高壓短路無法正常分閘、越級跳閘現(xiàn)象，最終導(dǎo)致整個電網(wǎng)故障。

2.4 大電流故障

大電流故障也會導(dǎo)致開關(guān)拒動。在控制開關(guān)啟動的機構(gòu)中存在線圈，當(dāng)大電流通過時，控制器正常情況下會向分閘器發(fā)送分閘指令出發(fā)開關(guān)啟動，但是大電流往往伴隨著較大的感應(yīng)電勢，開關(guān)控制機構(gòu)的線圈會對高電勢進行感知，通過對開關(guān)控制機構(gòu)上施加高電勢，影響控制機構(gòu)內(nèi)的晶體管無法正常工作，阻礙分閘電流的接收，導(dǎo)致開關(guān)拒動，對其他電力設(shè)備造成不同程度的損壞。

2.5 電纜虛接

電纜虛接，中性點和地面出現(xiàn)接觸不良，負(fù)載不對稱造成電纜線路電阻過大，產(chǎn)生電弧以及電磁干擾，電纜線路接觸面積較小，電流無法正常通過，也會引起局部放電導(dǎo)致電纜線路表面絕緣損壞，嚴(yán)重時還會引發(fā)短路或者火災(zāi)。電纜接地線路嚴(yán)重老化或銹蝕造成斷線，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，影響電力設(shè)備的正常工作。

3 開關(guān)拒動的優(yōu)化策略

3.1 做好日常巡檢維護工作

日常巡檢維護工作是降低開關(guān)機械故障的有效方式。定期對開關(guān)進行維修檢查，針對對于一些開關(guān)啟動反應(yīng)遲緩、可靠性不高的開關(guān)及時進行更換，尤其是檢查線圈彈簧和開關(guān)機構(gòu)等易損耗部件需要進行重點檢查，確保其保持正常的工作狀態(tài)。為了防止因為繼電保護裝置發(fā)生故障導(dǎo)致開關(guān)拒動需要繼電保護生產(chǎn)廠商設(shè)計出更為合理的控制程序，及時對軟件系統(tǒng)進行更新，提升繼電保護裝置的抗干擾性能，使其能夠快速、有效的工作。通過提升繼電保護裝置的測量部分中采集系統(tǒng)運行參數(shù)的精度，可以確保采集數(shù)據(jù)不會發(fā)生失真現(xiàn)象，確保信號輸出的可靠性，有效避免開關(guān)發(fā)生誤動作。提升開關(guān)機構(gòu)中插件的絕緣強度，預(yù)防插件出現(xiàn)松動或者脫落現(xiàn)象，防止開關(guān)機構(gòu)出現(xiàn)故障，降低開關(guān)拒動的概率。

3.2 防止開關(guān)儲能回路故障

確保高壓短路分閘，需要定期對開關(guān)柜進行接地性檢查，保持良好的工作狀態(tài)。在一次回路和二次回路之間使用隔離裝置，提高電力系統(tǒng)的絕緣能力，對跳閘線圈進行檢測，檢查線圈是否存在被燒毀現(xiàn)象，對于已經(jīng)被燒毀的跳閘線圈，及時更新硬件設(shè)備，這樣就能夠有效防范開關(guān)拒動現(xiàn)象。

3.3 操作規(guī)范化

加強對電力系統(tǒng)工作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)和專業(yè)技能考核工作，降低人為操作造成的影響，通過規(guī)范化的操作，不斷提升工作人的專業(yè)技術(shù)水平。對于出現(xiàn)開關(guān)拒動的情況可以有效應(yīng)對，采取及時有效的應(yīng)急預(yù)案。注重對于電力系統(tǒng)設(shè)備的檢查和維護工作，尤其是針對開關(guān)柜的檢查試驗，確保其正常工作。

4 結(jié)束語

隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的裝機容量不斷提升，電網(wǎng)電壓及其復(fù)雜性日益提升，對電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性要求越來越高。通過繼電保護裝置，可以及時、有效地切斷故障線路確保其他電力設(shè)備的正常運行，縮小故障的影響范圍，提升電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)運行過程中，由于電氣設(shè)備老化損壞、操作維護不當(dāng)以及遭到外力破壞時，會造成電力系統(tǒng)短路，并引發(fā)更為嚴(yán)重的停電故障。本文總結(jié)了開關(guān)拒動的常見原因，介紹了一些有效的解決措施和應(yīng)急方案。從業(yè)人員同樣還需要對開關(guān)檢修和維護工作進行深入學(xué)習(xí)，提升自身的專業(yè)技能，掌握必備的工作方法和經(jīng)驗，降低人為操作造成的工作失誤。