運(yùn)行中的變電站繼電保護(hù)改造施工問題研究

任少斌

（甘肅省安裝建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

隨著電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快和運(yùn)行管理水平提高的需要，對變電站的保護(hù)裝置進(jìn)行升級改造也日益頻繁。由于在變電站中繼電保護(hù)設(shè)備是重要的電氣及控制設(shè)備之一，其性能好壞直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。因此，如何保證繼電保護(hù)的正確動作、防止誤動和拒動、降低系統(tǒng)損耗等成為目前電力行業(yè)普遍關(guān)注的問題之一。本文就目前運(yùn)行中存在的有關(guān)繼電保護(hù)施工方面的常見問題進(jìn)行了分析討論并提出了相應(yīng)的解決措施。

1 變電站繼電保護(hù)的概述

1.1 變電站繼電保護(hù)的基本原理

變電站繼電保護(hù)的基本原理，就是根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和故障類型，按照一定的邏輯關(guān)系，將各種可能發(fā)生的故障信息，經(jīng)分析判斷后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，以使設(shè)備或系統(tǒng)免受損壞或降低其損失。因此，變電站繼電保護(hù)，實(shí)質(zhì)上是一種自動化的檢測與控制的組合。它由遠(yuǎn)方的監(jiān)控裝置、就地的保護(hù)及二次回路構(gòu)成。其中，遠(yuǎn)方監(jiān)控器是實(shí)現(xiàn)對全站保護(hù)的監(jiān)視和控制，以及進(jìn)行遙信、遙測等工作的綜合設(shè)備。而就地繼保裝置則是完成各部分保護(hù)的閉環(huán)操作，以及向遠(yuǎn)端提供有關(guān)信息的工作。

1.2 變電站繼電保護(hù)的組成

高壓開關(guān)柜：由斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)等組成的低壓配電系統(tǒng)，一般由斷路器、接觸網(wǎng)分接箱及母線室內(nèi)的各種控制開關(guān)等電器構(gòu)成。在高壓側(cè)，除上述低壓配電系統(tǒng)的基本電器外，還有避雷器、支柱絕緣子和套管式瓷瓶等。在高壓側(cè)，除上述電氣設(shè)備外，還有操作機(jī)構(gòu)。

主變壓器差動保護(hù)：主變壓器差動保護(hù)的構(gòu)成是由測量裝置、控制信號發(fā)生器和邏輯電路等組成的。其中，電流互感器的二次繞組作為被控量，通過測量裝置和邏輯電路，使被控量的變化與輸入量保持一定的關(guān)系。當(dāng)輸入量變化時(shí)，由于輸出電壓的相對不變，使得輸出電流也隨之相應(yīng)發(fā)生變化，從而使一次側(cè)繞組的匝數(shù)發(fā)生變化，從而引起二次側(cè)繞組中磁通的變化，導(dǎo)致鐵芯中的磁通密度也發(fā)生變化，進(jìn)而影響一次側(cè)繞組的匝間及相間距離，使一次繞組產(chǎn)生較大的電動勢，并經(jīng)過放大，形成對一次出線或母線的差動。

線路方向自動跟蹤系統(tǒng)：線路方向的自動跟蹤，就是根據(jù)運(yùn)行人員發(fā)出的指令，按照一定的時(shí)間間隔，不斷地向電網(wǎng)發(fā)出信號，以維持電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的一種方式。這種方式的實(shí)現(xiàn)，需要采用一套比較復(fù)雜的電子設(shè)備和相應(yīng)的控制方法，所以它是一種比較先進(jìn)的自動調(diào)壓技術(shù)，也是目前應(yīng)用最廣泛的。該系統(tǒng)的基本組成有遠(yuǎn)方操作站、遠(yuǎn)方的遠(yuǎn)方以及中間繼電器，它們之間用光纜相連。遠(yuǎn)方操作站的設(shè)備主要包括：高頻調(diào)制單元、功率合成單元、數(shù)字通信單元等；中間的繼電器，一般稱為中間繼電器，它是用來連接遠(yuǎn)方操作的，例如，將遠(yuǎn)處的開關(guān)狀態(tài)，傳遞給近處的中頻電源，再通過中頻電源傳送給近處的高頻調(diào)制單元。另外，還有用于傳輸信號的電纜，以及為防止電磁輻射，而設(shè)置的屏蔽層。

備用電源：備用電源的作用是在正常情況停電后，保證用電設(shè)備的連續(xù)工作。備用的主要作用有兩點(diǎn)：一是保證重要負(fù)荷的不間斷供電；二是保證事故情況下，重要負(fù)荷仍能繼續(xù)運(yùn)行。備用電源一般采用蓄電池，也有的用油機(jī)，但不管用什么方式，都是一種應(yīng)急措施。

1.3 變電站繼電保護(hù)的特點(diǎn)

故障類型多樣化：由于我國電力網(wǎng)架的不斷發(fā)展和完善，目前，我國的輸配電線路已經(jīng)形成了“環(huán)網(wǎng)狀+放射狀+網(wǎng)格狀”的多元化網(wǎng)絡(luò)，這就導(dǎo)致了在發(fā)生故障時(shí)，事故范圍較廣，故障類型多樣。因此，在這種情況下，為了提高供電可靠性，必須根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的繼保方案，從而提高整個系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

故障時(shí)間分布不均勻：由于不同地區(qū)地理環(huán)境、氣候條件的不同，再加上各種因素的影響，使得各地區(qū)電網(wǎng)中發(fā)生的故障時(shí)間分布不均勻。

接地電流大：在我國，大部分地區(qū)的土壤電阻率較高，導(dǎo)致地電壓相對較低；同時(shí)，部分地區(qū)存在雷擊現(xiàn)象，這就會導(dǎo)致地電流較大，從而導(dǎo)致大地電位反擊，進(jìn)而造成人身觸電等事故。此外，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，如果采用常規(guī)的保護(hù)方法，那么該相的零序分量會通過中性線流入母線；但如果使用復(fù)合式接地選頻裝置，那么就可以將單相接地產(chǎn)生的諧波分量和零序分量都抑制到最小。

頻率特性差：由于我國幅員遼闊，各地自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)狀況不盡相同，這就造成了各區(qū)域電網(wǎng)的發(fā)展程度不一。同時(shí)，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對用電量的需求也不盡相同。因此，為了適應(yīng)這種變化，就必須對傳統(tǒng)的頻率特性較好的高頻保護(hù)進(jìn)行升級，以更好地滿足用戶的需求。

靈敏度低：目前，國內(nèi)大部分地區(qū)的負(fù)荷水平普遍不高，特別是農(nóng)村居民家庭用電量小，所以，大多數(shù)地方采用的都是低靈敏度的微機(jī)型保護(hù)和組合型綜合自動化裝置。

2 變電站繼電保護(hù)施工存在的問題

2.1 運(yùn)行中變電站繼電保護(hù)施工存在問題

由于目前我國電力系統(tǒng)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致變電站的故障率不斷增加。因此，對變電站進(jìn)行定期檢修和日常維護(hù)是確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。在這種情況下，為了保證變壓器的正常運(yùn)行，就需要對變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境以及設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行全面分析，從而采取相應(yīng)的預(yù)防性維修措施。然而，隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，一些新的問題也隨之產(chǎn)生，如變壓器過負(fù)荷問題。

2.2 運(yùn)行中的變電站繼電保護(hù)設(shè)計(jì)存在不足

雖然目前我國的電力系統(tǒng)發(fā)展很快，但仍然存在許多不完善的地方，例如，部分地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、電壓等級低，造成線路走廊狹窄；部分地區(qū)配網(wǎng)架設(shè)不合理，造成線損過大；個別地方供電能力不足，無法滿足用電需求等。這些現(xiàn)象都嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 運(yùn)行中繼保人員缺乏

由于近年來，我國大力開展農(nóng)村電氣化工程，使得農(nóng)村地區(qū)的用電量大幅上升，這就導(dǎo)致了當(dāng)?shù)鼐用裆钣媚芫o張。為了保障廣大人民群眾的基本生活，有關(guān)部門不得不加緊建設(shè)一批新的發(fā)電廠。與此同時(shí)，為了解決這一矛盾，相關(guān)部門還必須加強(qiáng)農(nóng)網(wǎng)的管理，并制定相關(guān)政策來鼓勵和支持農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.4 運(yùn)行中的變電站繼保裝置配置不合理

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國已投運(yùn)的110kV及以上電壓等級的城鄉(xiāng)配電網(wǎng)絡(luò)達(dá)到個，其中，有近一半以上的城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙電源供電。然而，由于受資金限制，大部分城市的配電臺區(qū)仍采用單母線方式。這種模式一方面使線路通道變得擁擠；另一方面，也大大增加了停電事故的發(fā)生概率。

2.5 繼電保護(hù)安裝質(zhì)量差

由于變電站的規(guī)模大、設(shè)備多、運(yùn)行方式復(fù)雜，因此，對繼電保護(hù)的要求也較高。但有些施工單位，在安裝過程中，不按規(guī)范操作或?yàn)榱藞D快，只注重安裝的速度，而忽視了質(zhì)量。如有的將開關(guān)柜內(nèi)各元件拆散，隨意地堆放在柜內(nèi)，使各元件之間相互影響，造成接觸不良，導(dǎo)致動作異常，嚴(yán)重時(shí)，還會出現(xiàn)誤動現(xiàn)象；有的在接線時(shí)，沒有嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行，致使線路跳閘；還有的將線路上所接的保護(hù)裝置與母線相連接，這樣，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，就會引起保護(hù)裝置動作，從而造成事故。

2.6 繼電保護(hù)的調(diào)試和試驗(yàn)工作不到位

由于變電站的自動化程度高，其控制功能較多，所以，對繼電保護(hù)的調(diào)試，應(yīng)從多方面入手。首先，要了解系統(tǒng)的原理；其次，還要掌握各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)；最后，還要根據(jù)實(shí)際的情況，制定出相應(yīng)的調(diào)整方案，這樣才能保證整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)中各種新型設(shè)備的不斷增加，這就要求我們必須定期地對各類新設(shè)備進(jìn)行檢測。但是，一些施工單位往往把這項(xiàng)工作當(dāng)作一項(xiàng)可有可無的事，認(rèn)為只要按照圖紙上的要求去做了，就可以了。殊不知，如果這些設(shè)備一旦出現(xiàn)問題，后果是不堪設(shè)想的。

3 運(yùn)行中的變電站繼電保護(hù)施工的意義

3.1 保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)設(shè)備利用率

繼電保護(hù)就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要措施。通過在輸配電線路和變電站中安裝繼電保護(hù)裝置，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并發(fā)出報(bào)警信號，從而迅速切除事故，避免事故的擴(kuò)大。此外，由于繼電保護(hù)具有自動調(diào)節(jié)功能，所以還可以根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷變化情況，適時(shí)地調(diào)節(jié)各回路的功率，使整個系統(tǒng)始終保持良好的運(yùn)行狀態(tài)?？梢姡谳斉潆娤到y(tǒng)中設(shè)置繼電器是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的有效措施之一。

3.2 降低維護(hù)成本，減少停電損失

目前，我國的電力生產(chǎn)主要是大機(jī)組帶動小發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電方式存在較大的缺點(diǎn)，即：一方面，當(dāng)一臺或多臺發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，就會導(dǎo)致整條線路或整座變電站失去電壓支撐，造成全站失壓而停運(yùn)。另一方面，如果發(fā)生大面積停電，則會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了解決這個問題，通常會在每間隔一定距離就裝設(shè)一組母線保護(hù)和主斷路器，以實(shí)現(xiàn)快速跳閘，防止大面積停電。然而，由于這些母線和主斷路器的數(shù)量很多，且大多布置在地下，因此，其日常維護(hù)工作量非常大。另外，對于一些重要的大用戶，如醫(yī)院、商場等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，再加上經(jīng)常受到外界環(huán)境的影響，很容易發(fā)生接地故障。一旦發(fā)生接地短路，輕者會導(dǎo)致設(shè)備損壞，重者會危及人身生命財(cái)產(chǎn)安全。為預(yù)防這類事故的發(fā)生，就必須定期對這些重點(diǎn)單位進(jìn)行巡視檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。但是，由于這些單位的地理位置一般都比較偏僻，人員流動也比較頻繁，很難做到每天派人去檢查，這就給常規(guī)性巡視帶來了很大的困難，同時(shí)也增加了巡檢工作的難度。此時(shí)，使用繼保裝置就可以很好地解決上述問題。因?yàn)槭褂美^保裝置后，不僅可以大大降低常規(guī)巡檢的工作量，而且還可以有效地避免漏檢現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時(shí)，還可以將部分工作轉(zhuǎn)移到值班員身上，從而減輕了值守人員的勞動強(qiáng)度，降低了人工成本。

4 變電運(yùn)行中常見的繼電保護(hù)施工措施

4.1 繼電保護(hù)的安裝位置

在變電站中，通常將各種類型的繼電保護(hù)裝置安裝在不同的柜內(nèi)，以便于進(jìn)行操作。因此，在選擇繼電保護(hù)安裝位置時(shí)，首先，應(yīng)考慮其是否便于維護(hù)和檢修。其次，還要考慮與相鄰系統(tǒng)的聯(lián)系，如與高壓開關(guān)設(shè)備的連接，以及與其他二次回路的聯(lián)系等。最后，還要注意盡量減少對相鄰設(shè)備和人體的影響，避免產(chǎn)生不必要的干擾。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過自動裝置將故障信號發(fā)送到遠(yuǎn)端開關(guān)柜或控制回路。由于變電站的繼電保護(hù)設(shè)備一般采用遠(yuǎn)方操作方式，因此，當(dāng)線路發(fā)生接地、短路等事故時(shí)，值班員無法及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行處理，而需要借助自動裝置來發(fā)出報(bào)警信號以提醒其他人員進(jìn)行處理。

4.2 繼電保護(hù)的安裝方式

目前，常用的有母線式、電纜式、插接式3種。其中，母線式和電纜式的安裝比較方便，且不受空間限制，但需占用一定的通道，而且當(dāng)母線上發(fā)生故障或事故，則有可能導(dǎo)致線路停電，甚至使其他系統(tǒng)受到嚴(yán)重威脅，所以，這種方式的缺點(diǎn)是比較明顯的。而插接式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，不占通道，同時(shí)可以提高系統(tǒng)的可靠性。但由于該方式采用分體接線的方式，增加了現(xiàn)場接線的工作量，給現(xiàn)場工作帶來了一定的不便。另外，由于插接式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如果出現(xiàn)故障，往往難以查找，從而增加維修工作量。因此，對于一些重要場所，如發(fā)電廠主變壓器出線處，一般不宜采用此種方式，以免造成不必要的損失。

4.3 繼電保護(hù)的保護(hù)范圍

為了保證電力系統(tǒng)的可靠性和安全性，要求各電壓等級的主變壓器，均設(shè)置兩套獨(dú)立的電流互感器，即A相和B相，分別測量兩相對地電流。這樣，當(dāng)A相或B相發(fā)生接地故障，都會通過各自的電流互感器，反映到調(diào)度所的控制室。此時(shí)，值班人員即可迅速判斷出故障點(diǎn)。但是，若在正常運(yùn)行情況下，人為地將A相或B相的電流互感器的二次繞組拆掉，則會使整個電力系統(tǒng)失去正常的監(jiān)視，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的誤判。所以，無論是在正常運(yùn)行還是非正常運(yùn)行的情況下，都不允許拆除任何一套電流互感器。

5 結(jié)語

隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，運(yùn)行方式不斷變化，繼電保護(hù)的復(fù)雜程度也不斷提高。目前，我國已投運(yùn)的變電站中大部分采用單母線和兩斷路器接線形式，這種接線方式使得繼電保護(hù)裝置布置更加緊湊、安裝位置更為靈活。同時(shí)，由于系統(tǒng)潮流和負(fù)荷的變化較大以及運(yùn)行人員操作失誤等人為因素的影響導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動頻繁發(fā)生；另外，由于設(shè)備的老化及故障點(diǎn)的增多導(dǎo)致部分設(shè)備出現(xiàn)動作異?，F(xiàn)象。這些情況的存在對變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的威脅。因此，對老舊變電站進(jìn)行改造勢在必行。