變電站繼電保護二次回路的在線監(jiān)測及故障分析

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城供電分公司 祁 觀

1 引言

為了保證變電所的繼電保護和電力系統(tǒng)的正常運行，必須科學、合理地利用二次回路報警系統(tǒng)，以便對各種異常如交流回路短路等進行精確的監(jiān)測。二次回路的斷線問題，勢必引起繼電保護的失效，從而嚴重地影響到電網(wǎng)的總體穩(wěn)定與安全[1]。因此，采用在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，可以對各類設備的工作狀況進行實時監(jiān)測，而要做到這一點，必須采用與繼電保護裝置相結(jié)合的方式進行監(jiān)測。但是，在進行電力系統(tǒng)的監(jiān)測時，由于其運行狀況的復雜性，必須根據(jù)電網(wǎng)的工作環(huán)境和具體的條件，采取適當?shù)拇胧﹣韺崿F(xiàn)監(jiān)測，確保相關(guān)設備的正常運轉(zhuǎn)。

2 智能變電站繼電保護二次回路簡述

在進行電力系統(tǒng)的在線監(jiān)測和故障診斷之前，必須對其組成與特點有一個全面的認識。首先，作為電力運行中的一種保護手段，其主要作用是對存在安全隱患的電力設備和電力設備進行保護，從而保證電力系統(tǒng)的正常運行。其次，二次保護電路是一種能對設備進行檢測、控制、調(diào)整和保護的電氣電路，主要由二次設備組成。二次設備是低壓電器設備，能夠?qū)σ淮卧O備進行檢測、控制、調(diào)整和保護。如各種測量儀器，控制設備，安全自動設備，信號設備等。二次保護系統(tǒng)由控制回路、調(diào)節(jié)回路和安全自動設備回路組成。無論采用何種方式，均能檢測并反饋一次回路的故障[2]。在此過程中，技術(shù)人員可以建立在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)故障的自動監(jiān)測、診斷和反饋。這種方法比傳統(tǒng)的手工測試方法簡單、直接、有效。

3 在線監(jiān)測與故障分析的重要價值

在智能技術(shù)的推動下，變電站采用信息共享、網(wǎng)絡通信、數(shù)字傳送等技術(shù)，使其工作效率得到了較大提高，而繼電保護則是以電力系統(tǒng)故障為中心，針對系統(tǒng)內(nèi)部的風險和隱患，為系統(tǒng)運行創(chuàng)造一個穩(wěn)定良好的環(huán)境。

為了防止內(nèi)部元件和纜線的損傷，必須合理地使用保護設備。也就是說，根據(jù)系統(tǒng)的敏感程度，對內(nèi)部的操作進行判斷，但是這種判斷必須是長期的，而且要在整個系統(tǒng)的操作中都能起到作用。為了保證整個電網(wǎng)的安全、高效，一些變電站采用了二次回路報警系統(tǒng)，對交流和直流回路的故障進行實時監(jiān)測。但是由于實際情況的制約，很難將二次環(huán)路和繼電保護區(qū)分開來。為了達到對故障進行準確的分析的目的，需要對故障進行實時監(jiān)測。其具體的優(yōu)點有以下兩方面。

一方面，保證電力系統(tǒng)的安全運行。隨著電力系統(tǒng)智能化程度的提高，變電站的智能化管理與控制已基本完成，雖然保證了電網(wǎng)的運行安全，但也不可避免地會產(chǎn)生一些不利的影響。例如直流回路接地、交流回路短路等，當二次回路發(fā)生故障時，會有相應的報警信號，但由于受現(xiàn)場環(huán)境的影響，使其報警功能不能完全發(fā)揮。因此，在線監(jiān)測和故障分析就能很好地解決這個問題，對系統(tǒng)的運行狀況進行動態(tài)監(jiān)測，及時地發(fā)現(xiàn)和處理這些問題。

另一方面，提高設備的維修工作效率。目前，我國電力行業(yè)的快速發(fā)展已經(jīng)較大滿足了對電能的需求，但同時也存在著許多問題。如電力故障是很常見的，而這種情況一般都是在設備維修的時候發(fā)生的。電力設備是電廠的重要組成部分，其運行過程中的各種因素往往會影響其正常工作，使其發(fā)生故障，使檢修、維護工作人員面臨相應的安全隱患，并有可能引發(fā)事故。通過在線監(jiān)測與故障分析，可以在事故發(fā)生的初期，及時反映出設備的異常，并將有關(guān)的情況反饋給工作人員，以便進行及時的防范，提高維修的效率和質(zhì)量。

4 變電站繼電保護二次回路隱患產(chǎn)生的原因

4.1 環(huán)境因素產(chǎn)生的隱患

在二次回路種，由于元件老化、溫度突變、工作電源變化等因素，在繼電器的操作過程中，二次回路存在較多安全問題。如在溫度較高的地方，會對電子元器件的性能產(chǎn)生很大的影響，而供電方式的改變會對一個特定電位的改變產(chǎn)生很大的影響；二次線路的外部老化會造成多次接地，或由于接線板的松動，會造成諸如CT 開路等問題。構(gòu)成了一種不能充分發(fā)揮二次保護作用的寄生電路。

4.2 互感器多點接地

一是多點式電流互感器接地問題。在相同的電流環(huán)路中，由于接地電位差的作用，多個接點之間的接點會產(chǎn)生附加的電流，從而導致變壓器負載的增加，導致變壓器的誤差增大，甚至達到飽和，從而影響到保護設備的可靠性，導致不合格或失效。二是電壓互感器多點接地。N600型互感器在多個地點接地時，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則會有大量的故障電流涌入電網(wǎng)，造成N600互感器兩端的電勢差，造成中性點電壓的偏差，即在輔助循環(huán)種，這種情況十分危險。在進行保護取樣時，會對相位電壓的相幅值及零序電壓產(chǎn)生一定的影響，從而導致保護失效。

4.3 回路誤接線

在設備的安裝中，需要確保所有的線纜都是相連的。但是，如果安裝人員本身的技術(shù)水平不高，對圖紙的理解不到位，在安裝時會出現(xiàn)虛連接、端連接錯誤等問題。在采樣回路中，若發(fā)生接線錯誤，例如相序錯誤、極性反接等問題，會影響到繼電器的正常采集，造成故障。由于線路故障，無法將硬接點信號通過測控設備傳輸至監(jiān)控后臺，會對無人值守的智能變電站的正常工作產(chǎn)生一定的影響。當線路發(fā)生線路故障時，即使保護設備正常工作，也無法將信號輸入到斷路器，從而導致故障。使繼電器無法正常工作。在儀器的檢驗中，有關(guān)的檢驗人員沒有按照要求進行操作，很可能會帶來安全風險。在新建的變電所或者技術(shù)改造工程中，線路故障會更加常見。

5 系統(tǒng)框架

為了實現(xiàn)二次回路的實時監(jiān)控和故障分析，還應進一步優(yōu)化數(shù)據(jù)的選取、過濾和關(guān)聯(lián)，并從全局出發(fā)，制定系統(tǒng)的方案。隨著監(jiān)控和分析技術(shù)的發(fā)展，各個裝置之間的數(shù)字信號可以相互連通。從其體系結(jié)構(gòu)上來看，包括主站、站端、后臺等多個部分。

對主站來說，根據(jù)電廠的工作狀況發(fā)布調(diào)度命令是整個系統(tǒng)的首要任務。數(shù)據(jù)分析和保護設備是最重要的，可以根據(jù)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換，分析和監(jiān)控數(shù)據(jù)。

對站端而言，其作用是與主站的交互作用，可以進行信息的過濾和配置。當裝置處于掛網(wǎng)狀態(tài)時，一旦發(fā)現(xiàn)故障，就會通過通訊網(wǎng)絡將其傳送到終端，然后進行篩選，最終將數(shù)據(jù)傳送給主站。所有的信息都在后臺進行處理和診斷，然后將其顯示在監(jiān)控屏幕上，以便工作人員能夠及時地了解和解決問題。

6 在線監(jiān)測內(nèi)容

二次設備運行狀態(tài)的信息主要包括兩個方面，即白檢查和鏈路異常，難以完全滿足系統(tǒng)的故障分析，因此需要對系統(tǒng)的運行特點和常見的故障進行綜合分析，并對其進行分類。在監(jiān)控信息上，以保護行動、運行狀況和報警為主要內(nèi)容。其中，保護行為類包含了諸如“出口”“行動”等的信號內(nèi)容，也就是“特定的時問”“內(nèi)容”等；“運行環(huán)境”包含了電壓、電流、軟件、硬件、溫度等信息，主要是對網(wǎng)絡設備的實時顯示，以方便以后的維護工作。報警類型包含短路、設備異常、故障信息等，對維護工作的質(zhì)量起到了一定的保證作用。

6.1 動作信息

動作信息主要包括兩個方面：一是繼電保護的操作信號，也就是操作單元和啟動類型的信號。第二，為操作輸出信號，也就是出口相別以及整組動作時長。

6.2 裝置運行信息

一是自身的軟硬件信息，主要包括電壓、光強、溫度等方面的知識。二是對各分支的取樣值，也就是各分支的電流細節(jié)。三是開關(guān)量，也就是對重要設備的開關(guān)量進行監(jiān)控，以了解設備的實際使用狀態(tài)，為以后的維護工作打下了良好的基礎。對這些資料進行長期的監(jiān)控，可以為今后的維修工作提供充足的參考。

6.3 告警信息

一是采集數(shù)據(jù)中的報警信息是否存在異常。一般情況下，保護裝置取樣值出現(xiàn)異常報警的原因是SV 線路自身質(zhì)量不過關(guān)、檢修工作與常規(guī)工作不相符等。二是故障報警，包括GOOSE 故障異常導致的故障。三是設備故障報警，包括閉鎖與失電兩種。在發(fā)生以上報警信號時，應立即對故障狀態(tài)進行分析，并及時判斷其具體位置，保證維修工作的高質(zhì)量。

7 在線監(jiān)測與故障分析

7.1 SV 鏈路

整個在線監(jiān)測系統(tǒng)必須在一定的時間內(nèi)對SV的數(shù)據(jù)進行有效的收集，否則將會發(fā)出警告或報警。如SV 鏈路故障，很難及時收集到相應的數(shù)據(jù)，這是為了防止設備受到干擾，所以必須使用鏈網(wǎng)絡報文裝置，通過站控層發(fā)送的異常數(shù)據(jù)來獲取異常數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)精確的監(jiān)控。

一般情況下，在查找故障點的同時，也要根據(jù)二次系統(tǒng)的網(wǎng)絡采集資料進行回傳。由于網(wǎng)采端口不同，直采回路上的其他鏈路難以實時監(jiān)控，而且無法準確地確定故障點，從而影響到后續(xù)的診斷和檢查。在直跳回路上，很難獲得與之相關(guān)的數(shù)據(jù)，因此可以根據(jù)保護裝置所采集到的信息和警示內(nèi)容，來判斷故障。

7.2 交流回路

要實現(xiàn)高效的在線監(jiān)測和故障分析，必須借助報文裝置，即對全部的交流仿真數(shù)據(jù)進行收集，并對數(shù)據(jù)進行匯總，從而作出詳盡的判斷。為保證電廠的正常運轉(zhuǎn)，需要采取雙重保護措施。比如AD的采樣通道，可以將采樣值和雙重保護的實際測量值進行直接的比對，最后再根據(jù)最后的誤差值來判斷二次環(huán)路的狀態(tài)。當誤差值小于允許值時，報警信號就會發(fā)生沖突，總體工作狀態(tài)是正常的；反之，如果報警系統(tǒng)給出不同的警報，那就說明系統(tǒng)不正常。因此，在利用報文裝置采集SV 數(shù)據(jù)的同時，對MMS 數(shù)據(jù)進行了進一步的集成，以便對最終的故障進行準確的分析，對以后的工作能夠順利進行。

7.3 保護動作

在保護動作中，其監(jiān)控與故障分析應與雙重防護裝置配合使用，即監(jiān)控及搜集雙回保護裝置的動作信息，再進行資料分析，估算出保護裝置的運作狀況，判斷動作執(zhí)行、資料記錄等執(zhí)行狀況。另外，在監(jiān)控內(nèi)容中，還包括了GOOSE 的特定操作時間，并將其作為全部測試的參考。整個較為簡易的保護裝置，會對各組件的仿真量進行分析，并對各組件進行對比，并進行交流回路監(jiān)控。其內(nèi)容主要是通過對已有位置信息、測控設備的實際測試數(shù)據(jù)等來監(jiān)控切換量回路，從而使行為的分析與評價更加準確。

8 二次回路在線狀態(tài)監(jiān)測流程

針對電力公司的絕緣問題，需要用直流供電的繼電保護設備，并對不接地的措施進行改進。因此，在進行系統(tǒng)的測試時，還必須對系統(tǒng)進行接地檢查，在設備與地面之間設置一定的絕緣值，從而防止因設備接地而導致的故障。這是因為在電力裝置的安全操作中，直流電源的絕緣性能并未達到預定的水平，因此系統(tǒng)不會發(fā)出警報，從而導致故障無法在較短的時間內(nèi)被解決。從國內(nèi)的絕緣測試技術(shù)發(fā)展來看，國內(nèi)的絕緣技術(shù)在測量精度方面尚不能與國際接軌，因此測量結(jié)果與實際測量值存在著一定的偏差，從而嚴重地影響了測量的準確度和準確度。

二次回路設備中的繼電保護主要包括斷線檢測、電流回路電阻檢測等。由于絕緣測試技術(shù)發(fā)展較快，但其精度還不夠高，無法達到一定的標準，因而采用絕緣測試技術(shù)所獲取的測量結(jié)果與實際測量值有很大差距，從而會影響到防護設備，從而限制其防護效果。目前，我國電網(wǎng)企業(yè)在使用過程中，由于電力設備經(jīng)常暴露在空氣當中，其運行狀態(tài)、絕緣品質(zhì)都會受到自然因素的影響，從而引起各種故障，如故障接地等，從而制約了其對電網(wǎng)的探測與保護能力。在二次回路設備中，不僅包含了斷線器的斷開保護，而且還包含了電流回路的電阻探測保護，這是保證整個系統(tǒng)安全的重要手段，而目前微型數(shù)控裝置控制技術(shù)的發(fā)展和成熟，為二次回路設備的安全提供了技術(shù)支撐。

9 結(jié)語

綜上所述，目前智能變電站總體運行管理水平已有較大提高，但仍不能完全適應實際使用，因此對其進行在線監(jiān)控與故障分析是非常有意義的。本文從系統(tǒng)框架、內(nèi)容、在線監(jiān)測與故障分析幾個方面入手，以期更好地發(fā)揮在線監(jiān)測與故障分析的作用，從而推動相關(guān)部門進一步加強對設備的優(yōu)化與改進，提高實施效果和實施質(zhì)量，推動變電站全面可持續(xù)發(fā)展。