繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行管理及故障檢修策略探討

葉中桉

廈門(mén)軌道交通建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，福建 廈門(mén) 361000

0 引言

在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)體系中，繼電保護(hù)系統(tǒng)是十分關(guān)鍵的一環(huán)，是保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵[1]。繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備作為保障供電穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備，近些年逐步向智能控制、數(shù)字信息化的方向演變，加強(qiáng)了繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的功能[2]。但在繼電保護(hù)系統(tǒng)的底層工作流程中，繼電保護(hù)系統(tǒng)故障比較常見(jiàn)，且危險(xiǎn)性很大，許多大型企業(yè)一直把繼電保護(hù)系統(tǒng)的維修檢測(cè)和故障處置視為重點(diǎn)研究項(xiàng)目[3]。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)概述

繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要功能是保障電力系統(tǒng)和重要電力設(shè)施的安全、平穩(wěn)工作。在供電系統(tǒng)中發(fā)生問(wèn)題和故障時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)可以對(duì)所檢測(cè)的電力系統(tǒng)信息進(jìn)行一定的算法處理，加以邏輯功能設(shè)計(jì)，然后輸出動(dòng)作指令，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)先告警、切除故障設(shè)備等功能[4]。繼電保護(hù)系統(tǒng)可以保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)此，相關(guān)部門(mén)工作人員需要掌握各種繼電保護(hù)技術(shù)，準(zhǔn)確掌握當(dāng)前電力系統(tǒng)的管理實(shí)施及安全運(yùn)行情況，分析統(tǒng)計(jì)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中生產(chǎn)的一系列數(shù)據(jù)信息，在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警發(fā)生之前，給相關(guān)工作人員提供安全警報(bào)。

通常情形下，由于電流等級(jí)的差異，主變壓器、輸電線(xiàn)、并聯(lián)電容器等裝備的工作狀況和電氣反應(yīng)特點(diǎn)各有不同，必須進(jìn)行差異化的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)，電力設(shè)備的生產(chǎn)商必須分析繼電保護(hù)裝置的實(shí)際使用情況，生產(chǎn)具備特殊用途的繼電保護(hù)裝置。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，以通信軟件作為技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)保障，然后在接入系統(tǒng)的支持下逐步實(shí)現(xiàn)信息的端對(duì)端及廣播式傳送與接收。在系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，系統(tǒng)層面的繼電操作誤差可以自行修正，保證了系統(tǒng)效能的充分發(fā)揮。在繼電保護(hù)過(guò)程中，后端控制系統(tǒng)能夠監(jiān)控控制界面，在人機(jī)交互操作的環(huán)境中，可以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)警報(bào)、規(guī)約，儲(chǔ)存事故信息以及控制和維護(hù)遠(yuǎn)方電力系統(tǒng)等功能。通常情形下，平臺(tái)控制系統(tǒng)和平臺(tái)管理系統(tǒng)軟件之間相互連接，實(shí)現(xiàn)了繼電綜合維護(hù)的智能化，并且使平臺(tái)操作的設(shè)備擁有報(bào)表管理、圖像顯示、圖像檢索等功能，對(duì)共享數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)刷新產(chǎn)生了重要影響。

針對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜、關(guān)聯(lián)設(shè)備較多的特點(diǎn)，為了確保繼電保護(hù)系統(tǒng)在模擬量采集、計(jì)算分析、開(kāi)關(guān)量執(zhí)行等環(huán)節(jié)的可靠運(yùn)行，需要研究繼電保護(hù)系統(tǒng)維修檢測(cè)工作的要點(diǎn)，梳理故障處置對(duì)策和經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，提升工作效率，以滿(mǎn)足企業(yè)安全生產(chǎn)需求[5]。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)的管理和維護(hù)

2.1 運(yùn)行管理

需要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中的繼電保護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備的管理。

（1）定期檢查、分析每套保護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行中反映出來(lái)的各類(lèi)不平衡分量以及觸動(dòng)外殼時(shí)有可能動(dòng)作的出口繼電器，建立定期檢查和記錄制度，并從中找出薄弱環(huán)節(jié)和事故隱患，及時(shí)采取有效對(duì)策[6]。

（2）建立完善的故障信息管理系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)行中的繼電保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的故障信息按各線(xiàn)網(wǎng)供電系統(tǒng)層級(jí)、設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行管理，提供設(shè)備故障溯源資料，提高事故響應(yīng)及故障修復(fù)效率。

（3）加強(qiáng)對(duì)保護(hù)信息遠(yuǎn)傳的管理，制定遠(yuǎn)程修改在線(xiàn)運(yùn)行的微機(jī)保護(hù)整定值的管理和安全防護(hù)機(jī)制，禁止開(kāi)放遠(yuǎn)方修改定值、軟件和配置文件等功能。

2.2 檢修維護(hù)

嚴(yán)格防范檢修維護(hù)過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全隱患。

（1）在開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)下，進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的檢修工作，提前做好繼電保護(hù)系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)控分析及填寫(xiě)二次工作安全措施票，以保證停用部分與運(yùn)行部分界面清楚、完全隔離。

（2）多套保護(hù)回路共用一組CT或可引起其他保護(hù)出口動(dòng)作時(shí)，在需要檢測(cè)的繼電保護(hù)系統(tǒng)電流回路靠近電纜側(cè)的端子排短接后，拆開(kāi)并固定好電流端子連接片，做好防護(hù)標(biāo)志，在電流端子靠近保護(hù)裝置側(cè)進(jìn)行檢測(cè)；同時(shí)將保護(hù)出口接點(diǎn)與外部連接的二次電纜全部斷開(kāi)，并做好絕緣包扎等防護(hù)措施。

（3）進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)整組檢測(cè)時(shí)，應(yīng)使對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備處于合閘運(yùn)行狀態(tài)，從電流及電壓端子通入與故障情況相符的模擬故障量，檢查保護(hù)回路及整定值的正確性，禁止使用卡繼電器接點(diǎn)、短路接點(diǎn)或類(lèi)似人為手段進(jìn)行保護(hù)裝置的整組檢測(cè)。

（4）對(duì)處于35 kV環(huán)網(wǎng)同一供電臂的GOOSE通信介入型保護(hù)裝置，應(yīng)校核繼電保護(hù)系統(tǒng)通信設(shè)備傳輸信號(hào)的可靠性和冗余度，防止因通信問(wèn)題引起保護(hù)選跳功能喪失，而造成誤動(dòng)作。

（5）對(duì)處于同母進(jìn)出線(xiàn)的35 kV三工位開(kāi)關(guān)柜設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)期間開(kāi)展接地電焊等作業(yè)時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)對(duì)應(yīng)的35 kV開(kāi)關(guān)，同時(shí)相應(yīng)保護(hù)及控制電源空氣開(kāi)關(guān)應(yīng)處于合閘狀態(tài)，防止電焊電流通過(guò)高壓電纜及35 kV三工位開(kāi)關(guān)維護(hù)接地的閉合電流回路，啟動(dòng)過(guò)電流、開(kāi)關(guān)失靈等保護(hù)，觸發(fā)上一級(jí)繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置的誤動(dòng)作現(xiàn)象。

3 繼電保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)

3.1 采樣回路檢測(cè)

繼電保護(hù)系統(tǒng)需要通過(guò)采集電流、電壓等模擬量來(lái)感知電力系統(tǒng)的各項(xiàng)電氣量參數(shù)，故在系統(tǒng)投入使用前必須做好基礎(chǔ)采樣層設(shè)備、回路的各項(xiàng)檢測(cè)工作，防止虛接、寄生回路、設(shè)備超負(fù)荷等原因造成采樣精度下降、電流量分流、電壓短路等故障及隱患。

3.1.1 電流采樣

電流采樣時(shí)，應(yīng)實(shí)測(cè)電流互感器的二次負(fù)載阻抗，并與變比、10%誤差曲線(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)測(cè)算，驗(yàn)證系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)是否滿(mǎn)足準(zhǔn)確等級(jí)能力的要求；同時(shí)，應(yīng)對(duì)二次繞組輸出回路的閉合情況逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)，一般在回路的最始端接線(xiàn)處或端子排處施加額定電流，檢測(cè)回路中各設(shè)備的實(shí)測(cè)采樣電流，判斷閉合回路是否完整及是否存在寄生回路分流情況。

3.1.2 電壓采樣

電壓采樣時(shí)，應(yīng)在各二次電壓母線(xiàn)施加額定電壓量，檢測(cè)回路中各設(shè)備的實(shí)際采樣電壓，判斷電壓母線(xiàn)上的設(shè)備接入情況和是否存在短路現(xiàn)象。檢測(cè)前應(yīng)確認(rèn)二次相線(xiàn)及中性點(diǎn)的接線(xiàn)與電壓互感器本體完全斷開(kāi)，防止發(fā)生反送電，造成高電壓傷害。

3.1.3 二次接地

電流互感器CT及電壓互感器PT的二次回路必須有且只有一點(diǎn)接地，由幾組CT二次組合的電流回路，如差動(dòng)保護(hù)、雙斷路器主接線(xiàn)的保護(hù)電流回路，其接地點(diǎn)宜選在控制室。各PT二次中性點(diǎn)不得接到可能斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)或接觸器等設(shè)備，各PT中性點(diǎn)在開(kāi)關(guān)場(chǎng)的接地點(diǎn)應(yīng)斷開(kāi)，其二次回路經(jīng)零相小母線(xiàn)N600聯(lián)通后，在控制室保護(hù)屏柜內(nèi)進(jìn)行一點(diǎn)接地，并做好標(biāo)識(shí)掛牌。

3.2 保護(hù)動(dòng)作能力檢測(cè)

繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備在直流電源環(huán)境下工作，對(duì)電源電壓的參數(shù)變化應(yīng)有較高的適應(yīng)能力，確保在直流供電能力下降過(guò)程中，各類(lèi)動(dòng)作線(xiàn)圈和出口接點(diǎn)仍有較強(qiáng)的動(dòng)作可靠性。

3.2.1 繼電保護(hù)裝置

應(yīng)退出直流系統(tǒng)的工作電源，通過(guò)檢測(cè)儀器或直流檢測(cè)電源屏輸出對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行拉合直流電源的檢測(cè)，包括失壓后短時(shí)接通、斷續(xù)接通、直流電壓緩慢及大幅度地升或降的檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中不得出現(xiàn)誤動(dòng)作或信號(hào)誤表示的情況。繼電保護(hù)裝置應(yīng)在85%額定直流電壓條件下能夠正確動(dòng)作，更換不能自動(dòng)起動(dòng)的直流逆變電源。

3.2.2 繼電保護(hù)出口繼電器

實(shí)測(cè)出口繼電器起動(dòng)電壓不應(yīng)低于直流額定電壓的55%，以防止繼電器線(xiàn)圈正電源側(cè)接地時(shí)因直流回路過(guò)大、電容放電引起誤動(dòng)作；也不應(yīng)高于70%，以保證直流電源降低時(shí)可靠動(dòng)作和正常情況下快速動(dòng)作。

3.2.3 斷路器跳、合閘線(xiàn)圈

實(shí)測(cè)斷路器跳閘線(xiàn)圈動(dòng)作電壓不應(yīng)低于額定電壓的30%，不應(yīng)高于額定電壓的65%，以防止直流回路一點(diǎn)失地造成保護(hù)跳閘；跳、合閘線(xiàn)圈的出口接點(diǎn)控制回路必須設(shè)有串聯(lián)自保持的繼電器回路，以保證出口繼電器的接點(diǎn)不斷弧，斷路器可靠動(dòng)作。

3.3 保護(hù)出口邏輯檢測(cè)

多功能集成的繼電保護(hù)裝置在投入使用前應(yīng)做好出口邏輯檢測(cè)和后臺(tái)信息正確性核對(duì)，確保設(shè)備投入使用后保護(hù)功能不缺失。針對(duì)多項(xiàng)保護(hù)功能共同作用于一個(gè)開(kāi)關(guān)出口跳閘壓板的情況，在進(jìn)行保護(hù)功能校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)保護(hù)出口矩陣方式逐個(gè)檢查直至其硬壓板接線(xiàn)處，防止保護(hù)裝置內(nèi)部跳接線(xiàn)錯(cuò)誤，避免不能實(shí)際動(dòng)作于相應(yīng)斷路器。對(duì)于保護(hù)裝置各項(xiàng)動(dòng)作信息，除檢查各工作、備用信號(hào)接點(diǎn)外，還應(yīng)逐一核對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)文動(dòng)作情況及報(bào)文名稱(chēng)的正確性。

4 繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障監(jiān)測(cè)與排查方法

導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的因素較多，比較常見(jiàn)的有內(nèi)部設(shè)備及其元件質(zhì)量和安裝接線(xiàn)遺留隱患、環(huán)境溫度過(guò)高及設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行、外部系統(tǒng)故障的影響等。如果不能?chē)?yán)格控制、規(guī)范應(yīng)用，繼電保護(hù)系統(tǒng)就不能充分發(fā)揮應(yīng)用的保護(hù)功能，甚至造成各種事故或問(wèn)題的爆發(fā)，使整體動(dòng)力系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行受到損害。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員要掌握故障的監(jiān)測(cè)與排查策略，才能更加迅速、精確地尋找到故障地點(diǎn)。

4.1 綜合推算法

綜合推算法適用于電力系統(tǒng)發(fā)生故障跳閘后，在未發(fā)現(xiàn)實(shí)際高壓電氣設(shè)備故障點(diǎn)或故障現(xiàn)象未達(dá)到預(yù)定的啟動(dòng)跳閘條件的情況，以及繼電保護(hù)系統(tǒng)出口動(dòng)作后而造成的非正常停電事故。針對(duì)此類(lèi)故障，應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行方式直接推算分析繼電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作的正確性。

（1）參考故障電氣設(shè)備的接線(xiàn)方式、系統(tǒng)運(yùn)行方式、潮流方向，分析繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置與其對(duì)應(yīng)關(guān)系是否正確。（2）排查高壓設(shè)備電氣參數(shù)與繼電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，主要包括一次設(shè)備的額定電氣參數(shù)、電流互感器變比等。（3）核對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置的整定值設(shè)置情況，綜合推算分析引起保護(hù)動(dòng)作的條件。

4.2 回路驗(yàn)證法

經(jīng)綜合推算后，如果仍無(wú)法發(fā)現(xiàn)造成非正常停電事故的繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障原因，需要應(yīng)用回路驗(yàn)證法對(duì)相關(guān)繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備及回路進(jìn)行逐一檢查，驗(yàn)證其功能的正確性，從而復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象。

（1）檢查電流、電壓采樣回路是否存在虛接、短路等造成誤動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)的情況。（2）檢查繼電保護(hù)系統(tǒng)的電源、CPU的工作狀態(tài)，排除保護(hù)裝置死機(jī)、內(nèi)部故障等引起不正常工作狀態(tài)的可能。（3）校驗(yàn)并核對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)功能邏輯的正確性。（4）檢查、測(cè)試?yán)^電保護(hù)系統(tǒng)出口繼電器的動(dòng)作值及跳、合閘二次回路的接線(xiàn)可靠性。

4.3 外因排除法

外因排除法可以把一些電氣設(shè)備外部出現(xiàn)的問(wèn)題放到一起加以比較分析，查找引起繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的原因。

（1）調(diào)取變電所內(nèi)的故障錄波信息，排查故障發(fā)生期間出現(xiàn)的各類(lèi)開(kāi)關(guān)量變位、模擬量突變信息。（2）排查環(huán)境影響因素，如雷電入侵、環(huán)境溫度過(guò)高、環(huán)境濕度過(guò)大、設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行等情況。（3）排查下級(jí)供電負(fù)荷故障因素，如大功率電機(jī)多臺(tái)疊加連續(xù)啟動(dòng)、零序電流接地保護(hù)選擇性未投入等。（4）排查上級(jí)電網(wǎng)供電質(zhì)量因素，如外部電源短路故障引起的穿越電流影響、長(zhǎng)距離高壓電纜輸電容升現(xiàn)象等。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可以應(yīng)用在電力一類(lèi)電氣設(shè)備，具備監(jiān)視、自動(dòng)檢測(cè)和維護(hù)的功能。當(dāng)出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障后，繼電保護(hù)系統(tǒng)和故障檢查能夠準(zhǔn)確、高效地提供跳閘命令，這些命令具有選擇性，一方面能有效切除故障，另一方面能產(chǎn)生故障警報(bào)，這將進(jìn)一步減少故障給整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)造成的惡劣影響。