微機保護二次回路特點及常見故障分析與對策研究

周 宇

（中海油裝備技術公司機電技術服務中心）

0 引言

相較與傳統(tǒng)的繼電保護二次回路，如今的二次回路的組成更趨于模塊化和數(shù)字化。模塊化方便了日常的維護和檢修，一方面使二次回路元器件的故障率降低，另一方面降低了檢修的技術門檻且加快了檢修的效率。數(shù)字化使二次回路的數(shù)據(jù)及狀態(tài)量都會在后臺系統(tǒng)清楚直觀的顯示，方便運行人員實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題直接反饋，從而快速有效的處理故障。基于現(xiàn)今二次回路的發(fā)展形式，我們應該加大對繼電保護技術的研究力度，更加完善現(xiàn)有二次回路的漏洞和缺陷，使二次回路的自動化水平進一步提高，并制定更加完備的運行管理系統(tǒng)，加強交接及年度預試試驗的檢驗力度，以此來不斷提升電力系統(tǒng)的運行質量和穩(wěn)定性。

1 二次回路的特點

（1）集成度高。與傳統(tǒng)的老式二次回路相比，采用微機保護及綜合自動化系統(tǒng)（以下簡稱綜自系統(tǒng)）的二次回路借助了全新的現(xiàn)代化技術方法。微機保護內部將保護元器件有序裝配，一般包括CPU和電源板件、模擬量輸入板件、輸入輸出I／O板件、通訊板件等。其具有高可靠性、高靈敏度和高選擇性的特點。板件式設計相比傳統(tǒng)分裝電磁式繼電器保護大大縮小了安裝空間，減少了接線安裝的時間和成本，使二次回路原理圖紙更加清晰明了。

（2）可靠性高。采用微機保護的二次回路大多數(shù)元器件都封裝在保護裝置內部，降低了元器件的故障率。且微機保護采用編程邏輯控制實現(xiàn)各類保護功能，通過對模擬量的監(jiān)測轉化為數(shù)字量送至CPU進行處理，進行實時比對，如果出現(xiàn)故障會經(jīng)邏輯動作執(zhí)行報警或使斷路器跳閘。相比電磁式繼電器保護，其精確度和邏輯判據(jù)更加的準確和完備，保護性能顯著提升，有效防止了誤動和拒動。

（3）方便后期改造升級及擴充。在實際生產中，有諸多盤柜升級改造的需要。如出線柜改造為變壓器柜使用，或者增加保護功能等情況。在采用微機保護的二次回路中，只需更換裝置的板件或對板件的固件進行升級，并對保護的邏輯進行重新編程設置參數(shù)，就可以達到增加保護功能的要求，滿足現(xiàn)場實際供電需求。

（4）易于維護調試。采用微機保護和綜自系統(tǒng)配合的二次回路，會將二次回路的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，諸如二次回路電源失電、保護裝置異常、跳閘回路監(jiān)視等信號，都會上傳至綜自系統(tǒng)，起到對二次回路元器件的監(jiān)視作用。一旦發(fā)生二次故障，綜自系統(tǒng)就會收到報警并實施具體動作條目，提醒值班員故障具體位置，方便檢修人員快速找到故障點，大大提高了檢修的效率。

（5）方便與綜合自動化系統(tǒng)對接。采用微機保護的二次回路，微機保護都配有多種通訊接口。如RJ45網(wǎng)口及485通訊接口，采用MODBUS、61850、103、104等泛用的標準通訊規(guī)約，便于將二次回路的遙測、遙信、遙控參數(shù)傳輸給綜自系統(tǒng)，并用于遠動等通訊傳輸，發(fā)送給上級調度系統(tǒng)，便于實時監(jiān)測二次回路狀況，發(fā)生故障可以第一時間響應，并做出合理部署。

2 微機繼電保護二次回路故障分析

2.1 保護定值設置問題

保護定值參數(shù)的設置直接關系著保護能否正確動作。在實際工作中主要出現(xiàn)在以下幾方面：

（1）定值組選擇錯誤。通常微機保護裝置內會設置2組以上保護定值，方便用戶在不同工況或運行方式下進行切換，以匹配當前運行狀況。如設置定值時沒有正確選擇定值組，保護就會拒動。

（2）CT變比設置錯誤。保護參數(shù)設置選項，對于電流互感器一般會有二次電流5A或1A選項，如果按實際選擇，會導致保護參數(shù)的設置錯誤，使保護誤動或拒動。

（3）容量設置錯誤。此問題僅涉及變壓器和發(fā)電機差動保護，因為大部分保護裝置的差動保護的二次基準電流都是由用戶設置容量后通過保護邏輯直接算出的。變壓器為高壓側和低壓側基準電流，發(fā)電機為線路測和機端側基準電流。如果僅設置差動定值，沒有設置容量，會使差動拒動。ISA-381GD保護裝置容量設置菜單見下表。

表 ISA-381GD保護裝置容量設置菜單

（4）保護壓板投退有誤。壓板的投投退作為保護的一項重要判據(jù)，決定著保護能否動作。裝置中的軟壓板及硬壓板必須同時投入才能滿足保護邏輯要求。實際工作中，在檢修過后或改造后壓板沒有及時恢復的情況時有發(fā)生，導致保護拒動。ISA-381GD復式比率差動保護邏輯如下圖所示。

圖 ISA-381GD復式比率差動保護邏輯圖

2.2 線路老化及虛接

這是較為常見的二次回路問題，由此引發(fā)的故障一般為虛接、斷路或者接地故障。虛接和斷路往往由于二次線路連接處如接線端子老化松動等原因產生，而接地故障是由于二次電纜老化絕緣降低或因其他施工導致電纜被割破等情況。一些盤柜由于后期改造和應急檢修，造成線路跨接不規(guī)范、沒有標注線號及線號手寫后長時間老化模糊不清、無法辨認等情況，導致后期檢修時無從下手或者接錯線；并且有改造后未更改圖紙的情況，使現(xiàn)場接線與圖紙不符，給日常使用和檢修帶來諸多麻煩，不利于二次回路的穩(wěn)定運行。另外，如互感器二次側的開路和短路問題也一直是二次回路的重要隱患。比較常見的是電流互感器二次側的開路現(xiàn)象，電流互感器二次側開路后，會產生極高的電壓，易造成人員觸電，并造成高電壓對設備（如弱電板卡）燒壞。

2.3 極性錯誤

此種問題專指電流互感器極性不正確而引發(fā)的保護拒動和誤動故障，一般發(fā)生在配備帶方向判據(jù)的電流保護及差動保護。CT的加、減極性指的是同名端的接線方式。以差動保護為例，保護裝置要求CT二次接線方式應與保護內部CT接線參數(shù)設置相匹配（0°或180°），以通過保護內部邏輯計算差動電流及制動電流。實際調試當中，易發(fā)生CT極性接反的情況，在低負荷或輕載狀態(tài)下，差動電流一般達不到動作值，而在高負荷或重載狀態(tài)下，差動電流就足夠達到動作值使斷路器跳閘。其他如方向過流保護或逆功率等保護如CT極性接反，在雙電源等不同運行方式下，則會造成誤動的情況，所以保證CT極性的準確對電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性非常重要。

3 電力系統(tǒng)繼電保護二次回路故障的解決對策

3.1 核對保護裝置參數(shù)及盤柜狀態(tài)

這里指的是在盤柜或設備進行升級改造或停產檢修后，根據(jù)設計提供的升級改造后的圖紙及保護定值，兩人一組進行保護裝置定值和盤柜狀態(tài)的核對。特別注意施工后的哪些參數(shù)發(fā)生了變化，并結合保護上下級的配合關系進行核對，防止保護的越級動作；著重檢查保護壓板投退情況，檢查盤柜指示燈和儀表的狀態(tài)，檢查斷路器二次航空插頭是否正確插入，檢查斷路器手車是否推入到位。在實際工作中發(fā)現(xiàn)，很多盤柜斷路器無法合閘的原因都是斷路器手車沒有推到位，使斷路器手車既不處于工作位置，也不處于試驗位置，導致二次合閘回路無法接通斷路器無法合閘。此外，還應檢查光差保護的光纖通道是否正常，防止因光纖通道中斷而引起的光差保護退出，導致斷路器故障不能正確跳閘。

3.2 對動作出口及信號回路的檢查

在二次回路中，保護動作出口及信號回路擔任著非常重要的作用。保護動作出口直接關系著保護能否正常輸出，使得斷路器、接觸器等一次元件正確分合；而信號回路關系著報警及與其他回路、其他專業(yè)（如儀表）的聯(lián)鎖。所以，在日常維護和檢修工作中，應理清保護動作邏輯，在年度預防性試驗工作中要對相關保護出口及回路進行可靠校驗，將本年度的動作參數(shù)與歷年報告中運行參數(shù)相比較，以得到一定規(guī)律。對老化及不能可靠動作的保護裝置或其他元器件及時進行更換，以此提升二次回路動作的可靠性，為系統(tǒng)的運行提供保障。

3.3 對二次回路的接線進行緊固及清掃

二次回路的緊固工作非常重要，關系著保護能否正常動作。如TA，TV的斷線是一些相關保護的重要判據(jù)，是其保護動作邏輯中的一項，TA，TV的斷線會直接閉鎖某些保護的動作，使得如短路故障時保護不動作，且不能正確報警，顯示與綜合自動化系統(tǒng)及光子牌。二次回路的清掃工作同樣是重中之重。年度預防性試驗后，必須緊固二次回路端子，特別是電流端子，并對二次回路進行清掃，防止因灰塵累積以及盤柜內異物造成的二次回路短路等故障。還應時時測量二次回路的接地電阻，達到相應標準，并對照圖紙檢查相關二次接地是否完好，防止因接地不良導致的觸電傷害及設備損壞問題。

3.4 結合綜自系統(tǒng)進行事故分析

前文提到二次回路的運行狀態(tài)如二次回路電源失電、保護裝置故障等信號都會引入綜自系統(tǒng)，并在故障時顯示在后臺管理員界面中。各項保護的動作信號也都會第一時間傳輸至后臺彈窗、變位及響鈴等方式告警。同時也會對故障信號如電壓、電流等信號進行錄波，方便用戶進行事故分析，如對跳閘時的三相電壓、電流的波形進行比較，并結合保護動作信息，可以快速判斷出故障點，并展開檢修工作。經(jīng)常觀察、比對歷史數(shù)據(jù)及參數(shù)報表也可以發(fā)現(xiàn)設備存在的潛在隱患并及時處理。

3.5 加強對直流系統(tǒng)及UPS系統(tǒng)的維護

二次回路的供電多采用直流系統(tǒng)供電，海上設施二次回路采用UPS系統(tǒng)供電。直流系統(tǒng)發(fā)生單點接地故障會導致保護拒動，而直流系統(tǒng)多點接地通常會導致保護誤動。所以，運行人員應加強對直流屏的監(jiān)視，如報警信息，電壓是否正常，做好數(shù)據(jù)記錄。并隨時觀察直流屏整流模塊狀態(tài)的正常情況，還要關注直流屏蓄電池的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時上報處理。

4 結束語

通過對以上幾點問題的論述，基本涵蓋了二次回路常見故障的分析及應對方法。隨著近年來我國用電需求不斷增大，持續(xù)、穩(wěn)定的供電對于我國各個行業(yè)的生產發(fā)展就顯得尤為重要。而二次回路作為供電連續(xù)和穩(wěn)固的基石，就需要給予更高的重視。加大對繼電保護二次回路的投入與提升，不斷改善和優(yōu)化保護邏輯與二次回路配套設備及元器件是我們的努力方向。只有這樣才能保障我國電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定、健康運行，為國家的生產建設保駕護航。