探討35kV電網繼電保護二次回路故障診斷方法

國網山東省電力公司金鄉(xiāng)縣供電公司 趙風雷

35kV高壓電網在正常運行狀態(tài)時，電流全部按照電網架設的路徑內進行流動，電力系統具有較好的運行穩(wěn)定性，接入電力系統中的所有電氣設備參數均在額定范圍內進行運作。然而在35kV電網實際應用情景中，經常會出現一些外部原因導致電力系統中某些電氣設備或線路的電流偏離設定路徑流動，如線路短接、受潮或其他外部原因導致電網運行進入異常狀態(tài)。如變壓器的高壓側進相短路，那么在電網中就會出現時大電流、高電壓的異常工況問題，由于35kV電網的電壓非常高，因此在短路問題出現時不僅會嚴重影響區(qū)域內的正常供電，還會因為相線之間的短路弧光造成人員觸電燒傷。

所以35kV高壓電網在規(guī)劃設計階段，就充分考慮到了線路可能因外部因素導致的短路問題，為避免上述情況發(fā)生，通常做法是在35kV電網中配置若干組三段式電流保護裝置，其中電流脫扣熔斷保護作為主要的保護手段，它可在線路出現短路電流過載問題時，將電網電流值整定為可躲過最大短路電流的保護值水平，從而避免高壓線路中的電氣設備與線路進一步因短路問題產生損耗危害[1]。

第二段保護叫做限時電流速斷，以下級電氣設備的電子元件電流速斷的保護最大動作參數為基準，對線路電流值進行整定，作為35kV電網的后備保護手段，它的保護時限比一段熔斷保護要多出t時長，通常情況下整定保護范圍為該段線路的15～80%，保護范圍隨著電網運行工況參數的變化而做出自適應性調整。

第三段保護叫做過載電流保護，以本級電氣設備的電子元件最大電流負荷為基準，將線路電流值整定為超限范圍以內的水平，過載電流保護通常被視為電網最后一段儲備保護動作，因此其保護范圍比前兩段都要大，保護時限也是三段中最長的部分。

1 繼電保護裝置的二次回路故障類型

1.1 繼電保護裝置的二次回路故障性質與影響

這種用于35kV高壓電網的繼電保護功能，需要多個繼電器、次級燒組、用于測量監(jiān)控的傳感器及用于控制和投切動作的自動控制裝置組成，所以它本身需借助控制線纜來連通各個電子元件，以及完成各部位電子元件運作的供電需求。這種完全獨立于35kV高壓電網一次回路的設備電路就叫做二次回路?？珊唵卫斫鉃椋?5kV高壓電網繼電保護二次回路就是指用于繼電器測量回路、繼電保護回路，以及實現繼電器斷路器投切控制功能的閉鎖低壓回路。

35kV電網的繼電保護裝置主要目的是借助自動控制裝置有選擇性地切除電網中的故障元件與線路，并由繼電裝置的線路替代原有線路接入電網，維持剩余未故障線路的正常運行，從而實現將35kV電網的故障影響降至最低的繼電保護功能[2]。所以電網中一旦出現二次回路故障問題，會直接影響到三段式繼電保護裝置的動作性能，使整個電網處于非保護狀態(tài)，如因控制回路故障導致繼電保護裝置難以完成靈敏投切動作，當后續(xù)電網出現短路過載等非正常運行工況時，就會給電網帶來嚴重的安全生產事故。

1.2 繼電保護裝置的拒動故障問題

拒動故障是指當35kV電網的電氣設備處于過載故障狀態(tài)時，繼電保護裝置由于二次回路的故障原因導致未能完成脫扣熔斷動作，或是電流值整定保護動作。

一是繼電保護裝置本身的電子元件未出現破損，但線路存在開路虛接，如保護器的連接觸點處有異物卡死、斷路器的觸點接觸不良、繼電器的燒組觸點存在明顯氧化或是連通線纜存在破損導致整個繼電保護裝置沒有正常運作。

二是繼電保護裝置的動作邏輯出現了錯誤，出現一次回路故障現象的識別問題，三段式繼電保護裝置完成線路的過載保護動作離不開兩個裝置的調節(jié)控制，用于感應檢測的電流互感器，可同步捕捉到一次回路的電流變化情況，并將這種感應信息以脈沖信號的形式發(fā)送給控制單元。所以若是電流互感器的整定變電比參數輸入上存在錯誤，當電網故障發(fā)生時繼電保護裝置的電流互感器會始終處于嚴重飽和狀態(tài)，所以當一次回路中電流值繼續(xù)升高時，繼電保護裝置就難以識別到這種故障電流變化。再或是繼電保護裝置的自動控制單元，在調試過程中存在錯誤參數輸入導致整定電流值的計算存在錯誤，這樣當一次回路出現短路問題時，繼電保護裝置也難以將電流值整定為理想狀態(tài)。

三是外部原因導致的繼電保護裝置故障問題，如繼電保護裝置本身的低壓直流控制電路存在多點接地，使裝置的中間繼電器出口線圈存在相間短路，那么也會影響到整個繼電保護裝置的正常運行。

1.3 繼電保護裝置的錯誤動作

這種故障在35kV電網中較多發(fā)，是指在電網電子元件運行狀況良好的情況下，繼電保護裝置出現了錯誤動作導致未故障的元件被切除癱瘓，產生這種故障的問題的原因如下：

一是繼電保護裝置本身接地故障，繼電保護裝置的電感線圈存在絕緣失效，導致出口中間繼電器在勵磁作用下完成脫扣脫扣動作，使對應正常工況的電氣設備被從線路中切除。

二是一次回路的故障判別系統出現了錯誤，主要有如下常見故障現象：首先是自動裝置在電流整定值上出現錯誤，當保護定值設置錯誤時會直接影響繼電保護裝置的選擇性受到影響，從而產生錯誤反應動作；其次是在調試過程中存在參數設置不合理的因素，如今35kV電網為了便于電氣設備的更新維護，多使用雙回路供電，如繼電保護裝置的電流整定值設置過小，當35kV電網因上級或下級電氣設備故障進行停電維護時，由于另一條線路仍在維持運行，此時就須將繼電保護裝置的整定電流加大，否則就會出現錯誤跳閘問題。

三是繼電保護裝置的保護回路在安全措施上設計不合理或安裝時存在錯誤，如繼電保護裝置的保護極性接線存在錯接、反接，就會導致繼電保護裝置在監(jiān)測讀數上存在錯誤，因而引起錯誤跳閘動作。另一方面，若在未將聯跳控制接片進行斷開的情況下，直接將斷路器接入對應電網部位，或是電感線圈處存在誤觸誤碰，也會導致斷路器錯誤跳閘。

最后是繼電保護裝置的電壓互感裝置存在二次斷線，以熔斷跌落式斷路器為例，當安裝過程中誤碰了接線端子就會導致斷路器提前熔斷，而部分繼電保護裝置在出廠時也可能會存在斷線閉鎖部位不牢靠的質量問題，導致斷路器在受到外力碰撞時，聯跳接片在非控制狀態(tài)下完成跳閘動作。這種繼電保護裝置在保護回路上的故障問題往往較易發(fā)現，因為多數斷路器提前熔斷的故障現象都會有電壓回路斷線的警示信號，且用電壓表示數排查故障時也會發(fā)現示數失常的開路電壓現象。

1.4 繼電保護裝置自動控制與告警功能失效

首先是自動裝置的異常問題，從以往電力維護檢修實踐案例來看，自動裝置的故障問題發(fā)生概率最高的就是重合閘拒動故障，產生這種故障的主要原因有：重合閘裝置本身因直流控制電路開路失電無法完成正常啟動動作，或是斷路器的合閘口部位存在氧化或接觸不良，導致重合閘的合閘回路無法正常工作；重合閘上級電感與電容元件存在充電回路故障，或是重合閘之間的連接片存在接觸不良，導致合閘動作無法正常完成；重合閘由于中間繼電器或時間繼電器的線圈存在斷點，導致無法正常接收到合閘指令。

其次是繼電保護裝置的中央信號處理裝置存在的異常狀態(tài)，繼電保護裝置的中央信號處理裝置主要是負責斷路器位置信號、預告信號以及故障告警信號三類信息的生成，當該部位因儀表接腳燒蝕、氧化或斷裂破損時，就會導致對應的信號告警功能失效，預告信號的對應電子元件無動作反應。

2 繼電保護二次回路故障的排查方法

2.1 利用微機保護裝置進行故障排查

繼電保護的二次回路故障很容易在35kV電網變電站更換微機設備后出現故障，應在實際故障檢測排查作業(yè)中，首先根據繼電保護裝置的二次電路圖紙對微機模擬量進行分析，在35kV變電站中，通常會在高壓開關柜上顯示出電網內所有接入線路的模擬量，也就是每條支線的電流、電壓、通信線及開關輸出量，所以當繼電保護裝置的二次系統出現故障問題時，首先應當用萬用表對所有接入線路的電流電壓示數進行測量，而后將測量示數與開關柜的可視化示數進行比對。若線路模擬量與萬用表的測量示數一致，則說明35kV電網中繼電保護裝置的模擬端子接線是無故障現象的；若萬用表的測量讀數與開關柜顯示的結果不一，則說明故障點位發(fā)生在繼電保護裝置的端子接線部位存在錯接或反接問題。

2.2 電壓電位檢查進行故障排查

采用電壓電位檢查法進行繼電保護二次回路故障排查時，應當首先明確幾個重點施測點，如繼電保護裝置的電感線圈及中間繼電器是經常存在開路故障的薄弱部位，應優(yōu)先對這些部位展開故障排查，可大幅提高二次回路故障排查的效率。

首先用一個高內阻值的萬用表接地，而后將繼電保護裝置的二次回路進行合理分段，再依次將萬用表接入測點兩端，觀察電壓電位的大幅度變化，若在某一回路端測量出大電壓現象則說明斷路故障存在于該分段接入兩點之間。對斷路器的電容進行測試時只需考慮到電容是否被擊穿、漏電即可，而對電感線圈、中間繼電器與時間繼電器進行電壓電位檢查時，只需考慮線圈部位是否存在開路或相間短路即可[3]。此外，使用萬用表進行故障排查時還應注意繼電保護二次回路的短路保護問題，直流控制回路須經過萬用表接地，從而避免在故障排查作業(yè)時因表頭接腳短路導致二次回路中其他正常元件繼續(xù)被擊穿損壞。

2.3 替換法進行故障排查

若在繼電保護二次回路的故障排查中，直流控制回路斷路或短路問題可能發(fā)生在某個電子元件上時，如懷疑合閘口接片短接、電容擊穿漏電或是電感線圈被相間短接或線圈存在斷路，就可將故障懷疑點位的電子元件從繼電保護裝置系統中拆除，而后替換一組同規(guī)格的電子元件后通電觀察二次回路的運行情況。若仍出現電流示數異?；虼箅妷含F象則說明故障部位不在該點位；若替換元件后運行恢復正常，則可直接確定被替換下的電子元件即為二次回路的故障部位。

2.4 導通檢查法進行故障排查

對繼電保護二次回路進行故障排查時，應首先用萬用表檢查回路中是否存在電流導通，若整個繼電保護二次回路中未檢測出電流導通狀態(tài)，方可繼續(xù)用萬用表與絕緣電阻表分別對下級電子元件進行導通狀態(tài)檢測。在使用導通法檢查二次回路故障時，應在檢測單一電子元件導通狀態(tài)時，將其從交、直流控制回路中完全拆除后再進行測試。這樣的目的是避免因元件短路故障問題導致繼電保護裝置的電容器被過度充電，從而使繼電保護裝置的其他電子元件被擊穿破壞。

導通檢查法在繼電保護二次回路中應用的前提，通常是上述故障排查法未能檢測出故障點位，此時應對二次回路進行停電維護檢查，將繼電保護裝置的各級電子元件與電氣設備從電網中拆除退出后，再用帶有全套保護裝置的測試設備對二次回路元件線路分別進行導通，在不影響到35kV電網正常運行的情況下，模擬繼電保護二次回路在電網中的運行故障現象，從而根據導通試驗的觀測結果來判明故障點位。

3 結語

在35kV電網的繼電保護的二次回路中易發(fā)生故障的電子元件及線路部位非常復雜，其中不乏一些隱蔽部位的故障問題，如電感線圈、時間繼電器、中間繼電器等元件故障。在實際故障排查診斷上需足夠耐心，由主到次的規(guī)劃故障檢查方案，根據各個電子元件的故障損壞概率大小制定排查診斷的優(yōu)先級。在故障排查作業(yè)的同時也需充分注意二次回路接地保護問題，避免錯誤操作導致繼電保護二次回路的其他電子元件受損。