水電站繼電保護(hù)隱患與改進(jìn)措施研究

朱健偉

摘 要：在水電事業(yè)發(fā)展的過程中，繼電器保護(hù)變得尤其重要，成為人們關(guān)注的焦點。繼電保護(hù)在水電站運行中發(fā)揮著十分重要的作用，不僅可以提升水電站的安全性與穩(wěn)定性，還能保護(hù)水電站裝置的正常運行。因此，水電站工作人員要詳細(xì)分析水電站繼電保護(hù)的隱患，制定相應(yīng)的改進(jìn)措施，并從多角度防范繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全風(fēng)險，提升水電站運行的安全性。

關(guān)鍵詞：水電站;繼電保護(hù);隱患;改進(jìn)措施;防范

中圖分類號：TV738;TM77文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）32-0065-04

Abstract： In the process of hydropower development， relay protection has become particularly important and has become the focus of attention. Relay protection plays a very important role in the operation of hydropower stations， which can not only improve the safety and stability of hydropower stations， but also protect the normal operation of hydropower plants. Therefore， the staff of the hydropower station must analyze the hidden dangers of the relay protection of the hydropower station in detail， formulate corresponding improvement measures， and prevent the safety risks of the relay protection system from multiple angles， and improve the safety of the hydropower station operation.

Keywords： hydropower station;relay protection;hidden danger;improvement measures;prevention

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得人們的生活水平得到很大的提升，我國電力資源需求與日俱增，供電環(huán)節(jié)面臨極大的壓力。水力發(fā)電是我國重要的發(fā)電形式，良好的繼電保護(hù)是水電站建設(shè)與維護(hù)過程中必不可少的條件。如何提升繼電保護(hù)的安全性與穩(wěn)定性是當(dāng)下水電站建設(shè)與維護(hù)工作應(yīng)該關(guān)注的重點課題。

1 繼電保護(hù)的概念

對于電力系統(tǒng)來說，不管是哪個設(shè)備或者是哪條線路出現(xiàn)問題，都會對其正常運行造成不良影響。因此，要盡可能縮短輸電線路，降低設(shè)備故障的頻率，有效保證電力系統(tǒng)正常運行。繼電保護(hù)是對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測，從而發(fā)出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施[1-2]。繼電保護(hù)常涉及兩項任務(wù)。第一，如果電器設(shè)備無法正常運行，要根據(jù)設(shè)備運行和事故發(fā)生的實際情況進(jìn)行判斷，當(dāng)繼電保護(hù)裝置能夠及時發(fā)出報警信號時，值班人員可以自主進(jìn)行調(diào)整，降低事故發(fā)生率;第二，當(dāng)水電站在運行中出現(xiàn)短路故障時，繼電器能進(jìn)行自動處理，能夠通過斷路器跳閘、切斷電力系統(tǒng)等措施，使電力系統(tǒng)在較短時間內(nèi)恢復(fù)正常，避免故障線路引發(fā)嚴(yán)重后果。

2 繼電保護(hù)的基本要求與保護(hù)體系結(jié)構(gòu)

2.1 繼電保護(hù)的基本要求

繼電保護(hù)裝置有十分重要的作用，是保障水電站電力系統(tǒng)安全運行的基本前提[3-4]。因此，繼電保護(hù)裝置必須滿足以下要求。一是速動性，是指繼電保護(hù)裝置能夠快速排除故障，切除故障的時間必須符合繼電保護(hù)動作時間和斷路器固有跳閘時間的要求，為后續(xù)故障處理節(jié)約更多時間，最大限度減少繼電保護(hù)裝置的人為延長時間。二是敏感性，水電站在正常運行時需要繼電保護(hù)裝置，其需要具備較高的靈敏性，要快速找到故障位置并做出科學(xué)判斷。三是選擇性，繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障時，要有選擇性地清除故障元件。四是可靠性，是指繼電保護(hù)裝置在不使用時不會發(fā)生誤動作，一般來說，保護(hù)裝置越簡單，其可靠性越高。

2.2 水電站繼電保護(hù)體系結(jié)構(gòu)

繼電保護(hù)裝置是水電站最重要的二次設(shè)備，屬于數(shù)字保護(hù)裝置，其主要采用分層分布式結(jié)構(gòu)。水電站繼電保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜，與斷路器和保護(hù)設(shè)備有關(guān)，而且涉及的二次系統(tǒng)也是一個完整的子系統(tǒng)，能夠與內(nèi)部結(jié)構(gòu)互相連接，也與電氣一次設(shè)備和其他二次設(shè)備相關(guān)。因此，為了提升水電站的安全性與穩(wěn)定性，人們有必要了解繼電保護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。水電站繼電保護(hù)體系結(jié)構(gòu)主要包括直流電源、交流電源、被保護(hù)設(shè)備、繼電保護(hù)屏、CT、PT、斷路器、監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)方系統(tǒng)和勵磁控制系統(tǒng)等。在水電站運行的過程中，繼電保護(hù)裝置主要以保護(hù)屏的形式存在，這類似于高效的機(jī)電保護(hù)做法，主要利用繼電保護(hù)測試儀單獨測試每一個屏的功能。

3 繼電保護(hù)的常見安全隱患

3.1 二次回路的安全隱患

繼電保護(hù)裝置的二次回路十分復(fù)雜，涉及面較廣，有較多的中間環(huán)節(jié)，其存在的隱患容易被人們忽視，只有當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或受到外界強(qiáng)烈干擾時，才會影響系統(tǒng)安全。最常見的二次回路安全隱患可以分成三大類。

3.1.1 接線缺陷?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段和后期維護(hù)階段，如果二次回路存在接線缺陷，會導(dǎo)致繼電器出現(xiàn)誤動。其主要表現(xiàn)如下：電壓互感器和電流互感器會出現(xiàn)二次繞組顛倒現(xiàn)象;開關(guān)方面，開觸點與常閉觸點互相混合;內(nèi)部的端子線存在虛實問題，如螺栓未壓緊;電壓和電流互感器出現(xiàn)的多點接地現(xiàn)象較為突出。

3.1.2 絕緣性能降低。一般來說，二次線路涉及的接線面十分繁雜，內(nèi)部環(huán)境也十分復(fù)雜，容易導(dǎo)致二次回路絕緣性下降。其主要原因如下：接線盒材質(zhì)和端子材質(zhì)做工不是特別精細(xì);內(nèi)部的導(dǎo)線長期受潮，容易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象;金屬連接器容易受到污垢等因素影響，發(fā)生受潮。

3.1.3 干擾。在一些情況下，電力系統(tǒng)比較容易受到各種干擾，且不同干擾對機(jī)電保護(hù)二次回路的影響也不同。一般干擾信號主要來自二次回路和一次系統(tǒng)。

3.2 裝置缺陷

隨著社會的不斷發(fā)展，繼電保護(hù)裝置越發(fā)被人們重視，相較于傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置和電磁裝置，微機(jī)保護(hù)裝置具有更高的可靠性，但是其存在的硬件缺點也不可忽視，最常見的缺陷為：當(dāng)內(nèi)部模塊發(fā)生接觸時，狀態(tài)不夠穩(wěn)定，長期帶電模塊會出現(xiàn)電壓閃爍不定的情況;主板和模塊的接觸會發(fā)生誤差;運行時，二次負(fù)載偏高可能引起嚴(yán)重發(fā)熱等情況，導(dǎo)致程序崩潰;當(dāng)內(nèi)部程序出現(xiàn)錯誤時，設(shè)備會被鎖定。

4 潛在安全隱患排查和處理方法

4.1 內(nèi)部二次回路隱患排查和處理

4.1.1 認(rèn)真檢查圖紙，提升二次回路的安全性和可靠性。首先，對設(shè)計單位圖紙進(jìn)行初步審查，重點關(guān)注CT和PT回路，了解設(shè)計單位的設(shè)計意圖。根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求審核原理圖及接線方式是否符合要求，比如，CT、PT二次回路是否存在唯一接地點，接線端子是否存在一個端子接若干根電纜的問題，其極性是否符合相關(guān)保護(hù)原則。其次，熟悉設(shè)備出廠圖，檢查輸入、輸出等節(jié)點內(nèi)部接線是否與設(shè)計單位圖紙是否一致。例如，當(dāng)選擇接入開關(guān)時，要保證邏輯所需的位置觸點正確。施工人員在進(jìn)場前要核實施工圖紙的正確性，檢查內(nèi)部線路的接線情況是否符合規(guī)范、是否存在虛接情況和接地點是否無誤。驗收時，可以通過各種手段對連接狀況進(jìn)行判斷。比如，對新裝備進(jìn)行安裝驗收時，可以通過檢查變壓器極限的方式，檢查保護(hù)裝置電流和電壓的正確性;檢查開關(guān)量回路時，可以通過模擬開關(guān)、故障跳閘、檢查信號等方式，對接線的正確性進(jìn)行判斷。

4.1.2 二次回路的絕緣檢查。在實際檢測中，高壓進(jìn)入繼電保護(hù)裝置會對電子元件造成破壞，導(dǎo)致二次回路故障。絕緣性降低是二次回路中最不可忽視的環(huán)節(jié)，因此技術(shù)人員要把二次回路絕緣檢測當(dāng)作繼電器檢驗保護(hù)的重點環(huán)節(jié)，積極開展絕緣試驗。一般來說，水電站外部環(huán)境的濕度較高，二次回路接線容易受到絕緣性下降的影響。因此，在進(jìn)行定期校準(zhǔn)時，要重視二次回路絕緣測試項目，檢測之前必須按規(guī)定連接需要短路的電路，并拆開與裝置內(nèi)部電路相連的端子，以免在試驗過程中因電壓過高而損壞電子元件。

4.1.3 二次回路的抗干擾措施。二次回路內(nèi)部存在干擾，目前，廠家在設(shè)計微機(jī)保護(hù)裝置時注重內(nèi)部接線質(zhì)量，選用優(yōu)質(zhì)元器件，盡量減少干擾。一旦干擾信號出現(xiàn)，微機(jī)保護(hù)裝置采用自動檢測技術(shù)和閉鎖裝置等預(yù)防措施，充分降低干擾可能產(chǎn)生的不利影響。因此，在對保護(hù)裝置進(jìn)行定期檢查時，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)充分利用保護(hù)裝置的自檢功能，及時查看自檢報警情況。對于保護(hù)裝置的外部干擾性來說，要根據(jù)設(shè)備路徑和干擾源進(jìn)行處理。外部干擾源主要包括模擬量、電路開關(guān)量輸入電路和電源電路等。在對電源回路進(jìn)行抗干擾測試時，可以通過加裝電源、濾波器等方式消除磁場對電源的電磁干擾，也可以利用機(jī)箱的屏蔽作用對設(shè)備中的電源線干擾進(jìn)行削弱。但是，要注意屏蔽機(jī)箱中容易與濾波器接地的相關(guān)元件，并把接地點選擇在離機(jī)箱機(jī)柜最短的距離范圍內(nèi)。其中，最有效的消除方式就是采用可靠的靜電屏蔽方式對輸入電路進(jìn)行干擾，嚴(yán)格落實電位接地網(wǎng)的反事故措施，可以利用保護(hù)銅線柜、室外接線盒等方式把銅線并排連接起來，將電壓模擬量和電流模擬量引發(fā)的強(qiáng)電流干擾信號從高壓開關(guān)場引至地面。

4.2 防止繼電保護(hù)裝置故障

一是微機(jī)保護(hù)裝置的運行環(huán)境要符合說明書的要求。惡劣的環(huán)境對微機(jī)保護(hù)裝置的安全運行有很大的影響。例如，高溫高濕環(huán)境會加速電子元件的氧化，導(dǎo)致保護(hù)裝置故障或誤操作。因此，技術(shù)人員應(yīng)注意微機(jī)保護(hù)裝置的運行環(huán)境，防止粉塵、溫濕度等環(huán)境問題引起裝置故障。二是定期檢查時注意微機(jī)保護(hù)裝置的內(nèi)部插件。如果發(fā)現(xiàn)電路板出現(xiàn)發(fā)黑或發(fā)黃的現(xiàn)象，就說明電器元件松動且發(fā)生變形，因此要及時進(jìn)行更換，有效防止操作失敗。三是定期檢查保護(hù)裝置的光纖通道、采樣值等延時和誤碼信息，并與同類型的設(shè)備和上次檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，當(dāng)出現(xiàn)偏差過大時，要及時核實原因。四是儲備足夠的備件。水電站一般處于偏遠(yuǎn)位置，硬件或軟件設(shè)備出現(xiàn)問題時，要及時對其進(jìn)行更換，保證在最短時間內(nèi)恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。

5 繼電保護(hù)系統(tǒng)安全風(fēng)險的其他防范措施

5.1 逐步建立并且完善水電站安全風(fēng)險管理機(jī)制

目前，我國水電站繼電保護(hù)工作仍然存在較多的不足，如管理落空、制度過于形式化、高層基層人員都沒有意識到繼電保護(hù)的重要性等，仍然存在較嚴(yán)重的懈怠現(xiàn)象，不管是對前期的安裝建設(shè)工作還是后期的維護(hù)工作，都存在不到位的現(xiàn)象。因此，完善與建立繼電保護(hù)安全管理機(jī)制就顯得尤為重要，水電站內(nèi)部的所有部門都要加強(qiáng)對繼電保護(hù)的安全管理機(jī)制建設(shè)，要逐漸地完善繼電保護(hù)機(jī)制。這樣的制度是可以包含很多方面的，從元件的采購，到設(shè)備的安裝調(diào)試，再到后期維護(hù)，都需要進(jìn)行嚴(yán)格管理，其中包括對施工人員的選拔等。這樣才能切實地保護(hù)繼電保護(hù)的安全性與穩(wěn)定性，保障水電站安全穩(wěn)定運行。

5.2 降低水電站運行風(fēng)險，完善風(fēng)險識別體系

水電站要徹底地分析繼電保護(hù)系統(tǒng)存在的問題，降低系統(tǒng)運行風(fēng)險。繼電保護(hù)裝置會出現(xiàn)誤動和拒動，人們要從技術(shù)與管理兩方面排除潛在的安全隱患。技術(shù)層面，要優(yōu)化繼電保護(hù)裝置，通過增加變壓器的縱差進(jìn)行保護(hù)，消除二次接線裝置的差異。管理層面，要改進(jìn)繼電保護(hù)裝置運行模式，根據(jù)繼電保護(hù)的實際情況進(jìn)行風(fēng)險評估，重點核實內(nèi)部常見的繼電保護(hù)安全問題，做出正確決策，有效防范風(fēng)險。運行風(fēng)險控制流程如圖2所示。

5.3 提升技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)

人員因素是導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題的主要因素。繼電保護(hù)裝置的各個環(huán)節(jié)都需要技術(shù)人員的參與，如前期采購、安裝調(diào)試和后期質(zhì)量監(jiān)督等，因此技術(shù)人員的責(zé)任意識和專業(yè)素質(zhì)都與繼電保護(hù)裝置的運行效率有直接關(guān)系。當(dāng)前，要加強(qiáng)對繼電保護(hù)人員的教育培訓(xùn)力度，根據(jù)水電站實際運行情況和常見安全風(fēng)險，合理開展培訓(xùn)，不斷提升技術(shù)人員的專業(yè)水平。只有把完善人才培訓(xùn)機(jī)制當(dāng)作日常管理的重要內(nèi)容，才能逐漸提升技術(shù)人員的綜合能力，才能夠最大限度地降低繼電保護(hù)系統(tǒng)的運行安全風(fēng)險。

5.4 提升軟硬件系統(tǒng)的質(zhì)量

隨著社會的不斷發(fā)展，計算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其不僅能夠提升工作人員的工作效率與質(zhì)量，還能夠促進(jìn)管理的現(xiàn)代化，為接下來的發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)。目前，繼電保護(hù)裝置很多都需要依靠計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)基礎(chǔ)保護(hù)功能。因此，要借助計算機(jī)系統(tǒng)對其存在的軟硬件質(zhì)量問題進(jìn)行判斷，提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的運行安全性。從計算機(jī)硬件角度來看，要提升硬件設(shè)備的耐久性，使各種設(shè)備元件在運行過程中不會受到尖峰電壓的沖擊;從軟件系統(tǒng)來看，要不斷完善軟件功能，最大限度保證繼電保護(hù)裝置能夠滿足基礎(chǔ)工作要求，有效避免繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動和拒動情況。

6 結(jié)論

隨著微機(jī)保護(hù)裝置在電網(wǎng)、水電站的大量運用，我國繼電保護(hù)裝置在可靠性、安全性以及靈敏性等方面都有了較大的突破，但是受多種因素影響，其容易出現(xiàn)拒動、誤動等情況。因此，人們必須重視繼電保護(hù)裝置存在的安全隱患，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和施工，及時發(fā)現(xiàn)問題并消除隱患。隨著電力系統(tǒng)對保護(hù)硬件的要求不斷提高，繼電保護(hù)裝置硬件需要提高極限能力，避免出現(xiàn)誤動作。當(dāng)前，繼電保護(hù)技術(shù)人員要積極學(xué)習(xí)二次回路、微機(jī)保護(hù)等方面的知識，提升自身的專業(yè)素質(zhì)，為水電站及電網(wǎng)安全運行打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬雷.電氣控制系統(tǒng)中繼電保護(hù)器的整定探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，（5）：131-132.

[2]王偉，何曉章.一起220 kV主變繼電保護(hù)誤動原因分析[J].變壓器，2015（6）：14.

[3]張莉，楊啟軍，王燦.淺談繼電保護(hù)在運行過程中的誤動及解決措施[J].重慶電力高等專科學(xué)校學(xué)報，2011（1）：78-81.

[4]王沖.水電站繼電保護(hù)安全問題和改進(jìn)措施[J].中國科技投資，2016（7）：94-96.