110kV變電站繼電保護缺陷分析及應對策略

趙立文

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

1 引言

對變電站中繼電保護工作的重視，就是對電力系統(tǒng)穩(wěn)定供電的重視。變電運行中的繼電保護關系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，其可靠性和及時性占有重要的地位。而在實際的工作中，繼電保護存在著很多的缺陷。只有防范不必要的問題的出現(xiàn)，及時處理好存在的缺陷問題，才能確保變電站能夠正常供電，才能提高整個電力系統(tǒng)的供電效率，為人們的生產(chǎn)和生活提供優(yōu)質(zhì)的服務。

2 繼電保護存在的缺陷及案例分析

2.1 出現(xiàn)變壓器后備保護故障

一般有三種情況容易導致變壓器的毀壞：（1）低壓側(cè)無雙重保護，以及缺乏斷路器失靈保護裝置。如果110千伏側(cè)過流保護拒動或斷路器故障，高壓側(cè)過流不能感應低壓側(cè)故障靈敏度，加上斷路器開斷不起作用，這樣就不能及時排除低壓側(cè)故障；（2）變壓器的低壓側(cè)區(qū)域出現(xiàn)短路，使得變壓器遭受高電流的影響，破壞其動態(tài)穩(wěn)定。若存在長時間的短路，導致變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障而燒毀；（3）110千伏線路出現(xiàn)間隔故障。如果配電裝置的內(nèi)部電器間隔距離不大，同時配電設備質(zhì)量不高，就會造成母線故障。

案例1：2014年6月5日，110kV翠山站的監(jiān)控通知工作人員出現(xiàn)“#3主變低后備裝置異常”告警信號，運行人員到現(xiàn)場檢查長沙站后臺機發(fā)“#3主變低后備裝置異?！备婢盘?，#3主變低后備裝置面板“裝置異常”燈亮（見圖1），報“開入開出異常”，工作人員懷疑開入開出插件損壞。經(jīng)相關廠家分析，故障原因是：#3主變低后備保護裝置開入開出插件損壞，引起保護裝置異常，退出運行。裝置投運時間不足一年，插件故障是由于產(chǎn)品質(zhì)量引起。

圖1 #3主變低后備裝置面板“裝置異常”燈亮

2.2 出現(xiàn)饋線繼電保護裝置故障

現(xiàn)時變電站的負荷饋線越來越多，10kV線路保護裝置也相應增加，10kV線路保護裝置及二次回路的可靠性要求越來越高，主要原因是許多出線負荷要求供電可靠性要求高，一但10kV線路保護裝置因線路故障無法及時切除故障電流，會引起主供電源開關保護動作而跳閘，對所供電線路的母線造成失壓，沒有故障的出線負荷因而停電，令事故進一步擴大。由于歷史原因，個別變電站設計不規(guī)范，對10kV線路保護裝置出現(xiàn)故障只能通過裝置報文送到監(jiān)控后臺，重要信號（如：裝置故障、控制回路斷線等）沒有通過裝置硬接點動作經(jīng)公共測控送到監(jiān)控后臺，由于所有綜合自動化變電站都實行無人值班，裝置故障報文只通過軟報文送到監(jiān)控后臺，很容易掉失，如果裝置有故障，而監(jiān)控后臺又沒有即時收到和發(fā)現(xiàn)，在此期間如果饋線線路有故障，很可能會引起主供電源開關保護動作而越級跳閘，進一步擴大事故。

案例2：2012年12月3日，運行人員在110kV平富崗站日常巡視中發(fā)現(xiàn)10kV田野線保護裝置告警，監(jiān)控后臺沒有異常信號上報。經(jīng)繼保檢修人員現(xiàn)場對保護裝置檢查后發(fā)現(xiàn)，保護裝置故障是由于裝置電源插件故障引起（見圖2），裝置故障后監(jiān)控后臺沒有異常信號是由于裝置故障時無法將報文送到監(jiān)控后臺且沒有接入硬接點信號到監(jiān)控后臺，更換電源插件后裝置經(jīng)試驗正常，同時對故障信號上送進行整改，重新接入裝置硬接點信號到監(jiān)控后臺。裝置電源插件故障經(jīng)廠家分析，插件故障原因是電源板所處裝置工作溫度較高，高溫會使得電解電容的壽命明顯縮短，導致其容量下降及漏電流增大。而該批次的電源模塊所使用的電解電容品質(zhì)較差也是板件發(fā)生故障的原因之一，后期供貨的電源模塊已使用更高品質(zhì)的電解電容。

圖2 保護裝置故障電源板件（多個電解電容已鼓起）

2.3 出現(xiàn)二次回路故障

電力系統(tǒng)在正常運行條件下，如果沒有出現(xiàn)任何故障，系統(tǒng)是不會受到任何影響的，但是二次回路或繼電器保護裝置，很可能存在故障隱患。例如：繼電保護接線端子、繼電器保護出口的壓板、電流互感器、電壓互感器等，一旦發(fā)電裝置發(fā)生故障或電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題，這些潛在的隱形故障就會影響到電力系統(tǒng)，甚至嚴重導致設備損壞或重大安全事故，影響整個電力系統(tǒng)的供電作業(yè)。有許多因素都會產(chǎn)生隱形故障，例如不合理的設定值、設定值計算誤差；動力系統(tǒng)部件的損壞、老化；插件接觸不良；電力系統(tǒng)運營商或維護人員誤操作、誤觸電源設備；保護檢查不規(guī)范；二級回路存在寄生回路；工作環(huán)境差；電力系統(tǒng)的運行和維護人員進行操作時，沒有提供良好的設備維護。

案例3：2011年04月27日，110kV恩美線C相故障，美華站側(cè)保護電流差動及重合閘動作，開關重合不成功，監(jiān)控后臺發(fā)控制回路信號，控制回路紅綠燈熄滅。相關檢修人員對控制線路進行了及時檢查（見圖3）。經(jīng)相關技術人員分析，得出故障原因是：開關在合閘狀態(tài)時，正常儲能完畢，儲能微動開關SL導通，KA1儲能控制中間繼電器長期勵磁，線圈發(fā)熱燒斷，無法吸合動作，常開接點打開，切斷合閘回路，導致開關無法重合并發(fā)出控制回路信號。

圖3 恩美線控制回路圖

3 繼電保護缺陷的應對措施

3.1 變壓器后備保護的措施

（1）采用過流保護。在所有電力設備的電路運行中，任何時候都會有兩套完全獨立的繼電保護裝置，分別由兩個完全獨立的斷路器控制進行保護。這樣，當一組保護裝置或任何一臺斷路器不能正常工作，另一套保護裝置或另一個斷路器可安全斷開，故障排除。在變壓器的低壓側(cè)，建立一組過電流保護，兩組交流和直流的是相互獨立的，這樣的設備可以防止原低電壓側(cè)過流保護失去作用時變壓器缺乏保護。

（2）防止直流電源消失。當所有的變壓器保護設備使用同一個直流電源時，如果發(fā)生故障導致低電壓側(cè)直流電源消失，那么后果不堪設想，可能令保護設備動作失效或斷路器拒動，導致變壓器損壞。

（3）選擇正確的CT位置。在110kV側(cè)緊挨著斷路器并且位于母線側(cè)安裝變壓器差動CT是最佳位置。其優(yōu)點在于，當110kV斷路器的分斷失效時，可以馬上通過差動保護進行故障的排除。而相間過流CT安裝時，必須靠近變壓器，使導線、套管在其保護范圍內(nèi)。

3.2 對繼電保護設備故障采取的措施

（1）及時更換故障組件。及時發(fā)現(xiàn)存在故障隱患的部件，更換成好的或正常規(guī)定同規(guī)格的元件。這樣替換之后，判斷是否是組件壞掉導致故障的出現(xiàn)，這樣可以縮小故障范圍。在處理綜合自動化保護裝置的內(nèi)部故障時，經(jīng)常使用這種方法進行故障排除。如果更換后故障消失，則說明舊的組件存在故障；如果故障仍然存在，根據(jù)這種方法在其他位置繼續(xù)查找故障。該方法可以不斷縮小故障范圍，可節(jié)省時間，減少人力的浪費。

（2）技術參數(shù)的比較。即參照法，是將出現(xiàn)故障的設備的技術參數(shù)與正常設備的技術參數(shù)相比較，根據(jù)比較的結(jié)果，找出存在故障的具體位置。在布線錯誤檢查、定制校驗中進行故障查找時，這種方法很實用。

（3）由于綜合自動化變電站大多是無人值班，對有故障的保護裝置能遠程監(jiān)控到保護設備故障信號是非常重要的，保護裝置在故障情況下應有可靠的手段監(jiān)視到設備故障信息。

3.3 對二次回路故障的防范措施

（1）加強二次回路絕緣電阻的測定。測定回路的絕緣電阻，是檢查電氣設備的絕緣狀態(tài)最簡單的方法。通過測定的結(jié)果，就可以分析出是什么原因?qū)е码姎庠O備導電部分的絕緣故障，這些原因包括：絕緣油劣化、老化、擊穿；絕緣整體或者局部臟污或受潮等。另外，也要格外重視安裝在戶外的一些設備，包括電流互感器、斷路器控制箱、電壓互感器以及二次回路與變壓器相連的二次端子箱等。因為戶外較差的條件、環(huán)境，會嚴重影響設備的絕緣性。因此，現(xiàn)場繼電保護人員要重視對二次回路的絕緣檢測，防止檢測只存在于形式。

（2）加強二次回路的整組試驗。在進行正式輸電之前，需要經(jīng)過試驗來測試二次回路以及保護裝置是否合理，確保安裝的質(zhì)量。在試驗過程中，首先要進行必要的模擬故障試驗，還要對繼電保護裝置在正常運行情況下的運行狀態(tài)進行試驗，在正常的工作狀態(tài)下，檢查對保護回路的整定值，確保改值的正確性。另外，在整個試驗過程中，要根據(jù)試驗程序嚴格的進行，試驗中決不允許采取認為操作的方法或者簡單的方法對保護裝置進行試驗。在裝置正式使用之前，要保證裝置完成整組試驗，以此作為裝置能夠可靠的運行的保證。

（3）二次回路的定期維護檢查。從近幾年事故事件教訓看，對設備進行定期維護是非常必要的，如開展一年一度保護出口傳動斷路器試驗，對斷路器定期分合操作及對定期斷路器機構(gòu)內(nèi)部元件維護檢查等。

4 結(jié)束語

電力科技的不斷發(fā)展，也加快了繼電保護裝置的更新步伐，對繼電保護裝置的安全運行有了更高的要求。110kV繼電保護設備，是我國電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全運行的重要保障。作為電力工作人員，對110kV繼電保護中存在的問題，要及時進行全面、系統(tǒng)的分析，采取經(jīng)驗處理、定位處理、分段處理法等手段，及時、有效地解決問題，保證人身、電網(wǎng)和設備的安全。

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