電站和變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化方案

姚君峰

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司，山西 呂梁033000）

1 變電站運行狀況及存在問題

據(jù)統(tǒng)計，山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司微機繼電保護設(shè)備的總比例為18.43%，而繼電保護和自動化系統(tǒng)的誤動率僅為0.2%，其中1/3的誤動是由設(shè)備老化引起的，10%是由操作人員或服務(wù)人員的失誤引起的。在這種情況下，由于新建變電站和升級現(xiàn)有變電站，自然會增加微處理器系統(tǒng)的百分比。然而，在自動化變電站系統(tǒng)的開發(fā)、引進和運行的任何階段，都可能出現(xiàn)并導致嚴重錯誤的問題。

因此，在設(shè)計階段，計算了影響二次換向電路和器件的電磁干擾參數(shù)，并對電磁環(huán)境進行了總體評價。此外，提高微處理器系統(tǒng)可靠性指標的問題也沒有得到解決。目前需要實現(xiàn)的微處理器系統(tǒng)的無故障運行系數(shù)K為0.998。為了進一步提高特種防護系統(tǒng)運行的可靠性指標，需要一種選擇機構(gòu)電磁干擾防護設(shè)計方案的方法。

2 對電磁環(huán)境評價的常規(guī)措施

在變電站戶外開關(guān)設(shè)備運行過程中，由于腐蝕、與接地裝置接觸惡化、電纜線路絕緣性能下降等原因，接地系統(tǒng)的質(zhì)量指標惡化[1]。在新變電站或變電站的運行中，在設(shè)計階段所犯的錯誤可能會顯現(xiàn)出來。這些情況需要執(zhí)行常規(guī)措施（有時也包括計劃外或重復(fù)的活動），以記錄抗干擾性的質(zhì)量，確定故障位置以及運行中出現(xiàn)的一些監(jiān)控問題。

在大多數(shù)情況下，為評估電磁環(huán)境而采取的措施需要防止造成大問題。因此，短路和雷電流通過避雷器的方式只能通過計算來確定。而其余參數(shù)包括主控板上工業(yè)和射頻頻段的恒定磁場水平，以及一次網(wǎng)絡(luò)中的靜電放電功率和脈沖干擾功率，可用于測量。

據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)繼電保護自動化系統(tǒng)的故障（誤觸發(fā)）發(fā)生在雷擊（超過40%）時，說明需要仔細檢查接地系統(tǒng)和與接地體接觸的連續(xù)性。接地系統(tǒng)的某些元件位于地下，這使得對有問題的接地體進行有效檢測的診斷措施變得復(fù)雜，在檢查過程中遺漏的任何元件都將是潛在危險的電磁干擾源。因此，開發(fā)一種實用的接地系統(tǒng)故障元件診斷方法，對于變電站電磁檢測的成功進行具有極其重要的意義[2]。

3 繼電保護可靠性技術(shù)的改進方案

現(xiàn)有的設(shè)備及診斷方法包括序貫功能分析法、半?yún)^(qū)間法、考慮失效概率的半?yún)^(qū)間法等，在實際應(yīng)用中，最方便的方法是在初始階段采用考慮元件失效概率的半?yún)^(qū)間法電磁環(huán)境總體測量數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)的比較階段，可以挑出最可能違反接地裝置完整性或與接地裝置接觸的區(qū)域[3]。

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司電站分支室外110 kV開關(guān)柜接地系統(tǒng)小面積故障診斷算法方案。該算法按以下方式運行：在9個功能單元中，對該區(qū)域進行了區(qū)分，檢查將診斷對象分為兩個部分，其無故障運行的總概率等于0.5。在接地器故障或反復(fù)接觸之前，接地器繼續(xù)出現(xiàn)故障。所獲得的計算加速速度將由元素劃分的質(zhì)量和匯總概率為0.5的準則決定，可以使診斷時間減少為原來的1/3～1/2。

評估了電磁環(huán)境，確定了電磁干擾對主控制板上的微處理器繼電保護系統(tǒng)可靠性指標的影響程度，考慮到室外110-/220 kV開關(guān)設(shè)備的運行，接地電阻是確定的，正如預(yù)期的那樣，在沒有打開地面的情況下進行跟蹤，沒有提供接地裝置實際電路的完整信息?？紤]到測量結(jié)果和半間隔法接地系統(tǒng)跟蹤的初步方案，可以說，變壓器組區(qū)域內(nèi)橫向接地裝置之間的距離超過了《電氣裝置裝置規(guī)則》20 m的允許值。由于在檢查過程中無法對通過避雷器的雷電電流進行物理模擬，因此對雷擊時的脈沖電位差進行計算。

圖1顯示了山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司室外110-/220 kV開關(guān)設(shè)備接地系統(tǒng)的物理模型。接地電流用等效電荷法計算，脈沖暫態(tài)過程用相應(yīng)電路的微分方程數(shù)值解法計算。根據(jù)初始數(shù)據(jù)，衰減系數(shù)取6（二次回路電纜屏蔽層雙面接地時）。脈沖電位差估計值達到3 kV?？紤]到估計的數(shù)據(jù)，微處理器設(shè)備的抗干擾水平應(yīng)與影響大能量微秒脈沖干擾的電阻測試的第四嚴格度（4 kV）相對應(yīng)。為了提高在大電流引起的電壓脈沖沖擊作用下的可靠性（每年的閃電小時數(shù)為40～60 h），立即更換參數(shù)不符合標準值的接地體（110 kV室外開關(guān)設(shè)備不超過0.06，220 kV室外開關(guān)設(shè)備不超過0.08），以及根據(jù)規(guī)范和技術(shù)文件的要求，在變壓器組區(qū)域提供橫向接地體之間的距離，之后應(yīng)再次評估電磁環(huán)境，達到使用標準。

圖1 戶外開關(guān)設(shè)備接地系統(tǒng)的物理模型

4 結(jié)論

提高微機保護系統(tǒng)的可靠性指標不需要修改電氣安裝規(guī)則，但需要使用技術(shù)特性規(guī)范的優(yōu)質(zhì)電纜產(chǎn)品，以及采用一個串行通道傳輸有限數(shù)量變量的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸格式。只有在執(zhí)行評估電磁環(huán)境的常規(guī)措施時，才有可能在運行期間維護微處理器系統(tǒng)的可靠性水平。在對監(jiān)測接地系統(tǒng)的狀態(tài)和故障進行診斷時，最好采用考慮無故障運行概率的半?yún)^(qū)間法。