供電系統(tǒng)繼電保護可靠性分析

薛宏飛，馬 強

（蘭州石化公司，甘肅 蘭州 730060）

1 繼電保護的可靠性

電力系統(tǒng)在運行中，可能發(fā)生各種故障或不正常運行狀態(tài)。在電力系統(tǒng)中，除了采取各項積極措施盡可能消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，一旦發(fā)生故障如果能夠做到迅速地、有選擇性地切除故障設備，就可以防止事故擴大，迅速恢復非故障部分的正常運行，使故障設備免于繼續(xù)遭受破壞。然而，要在極短時間內發(fā)現故障和切除故障設備，只有借助于特別設置的繼電保護裝置才能實現。

繼電保護裝置是一種自動裝置，在電力系統(tǒng)中擔負著保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要任務，它隨時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并能迅速發(fā)現故障，進而有選擇地通過斷路器切除故障部分。另外，當系統(tǒng)出現異常情況時，繼電保護裝置會向值班人員發(fā)出信號，提醒值班人員及時采取措施、排除故障，使系統(tǒng)恢復正常運行，并且該裝置會與其他自動裝置配合，消除瞬時性故障。所以繼電保護裝置是保證供電系統(tǒng)安全運行和可靠供電的重要設備。由于電力系統(tǒng)的容量越來越龐大，供電范圍越來越廣，系統(tǒng)結構日趨復雜，繼電保護可靠性就顯得尤為重要，對繼電保護可靠性的研究就很有必要。

如果繼電保護裝置在電力系統(tǒng)某部分或其他電氣設備（如輸電線路、變壓器、發(fā)電機等）出現故障時發(fā)生拒動或誤動，特別是在重要的輸電線路發(fā)生故障時發(fā)生拒動，都將造成電力系統(tǒng)故障的蔓延，甚至引發(fā)大面積停電。這方面的教訓很多，也很深刻。

2 影響繼電保護可靠性的因素

繼電保護裝置在投入運行后，便進入了工作狀態(tài)，按照給定的整定值正確地執(zhí)行保護功能，時刻監(jiān)視供電系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化，出現故障時正確動作，把故障切除。當供電系統(tǒng)正常運行時，保護裝置不動作。這就有“正確動作”和“正確不動作”兩種完好狀態(tài)，說明保護裝置是可靠的。如果保護裝置在被保護設備處于正常運行而發(fā)生“誤動”，或被保護設備發(fā)生故障時，保護裝置卻“拒動或無選擇性動作”，則為“不正確動作”。就電力系統(tǒng)而言，保護裝置“誤動或無選擇性動作”并不可怕，可怕的是保護裝置的“拒動”，造成的大面積影響，可能導致電力系統(tǒng)解列而崩潰。

導致繼電保護工作不正常的原因可能有以下幾種：

（1）繼電保護裝置的制造廠家在生產過程中沒有嚴格進行質量管理、把好質量關，如：某些繼電器的工作性能未經實際運行考驗卻定型生產；制造工藝粗糙，如電磁型、機電型繼電器零部件的精度低、材質差、易磨損、轉動不靈活；晶體管保護裝置中元器件的質量差，性能變化大，插件板與插座接觸不良，配合不緊密，容易發(fā)生錯動；保護裝置出廠產品未嚴格按照試驗條件和要求進行可靠性試驗。

（2）繼電保護裝置在運行過程中受周圍環(huán)境影響較大。由于其周圍空氣中存在大量的粉塵和有害氣體，同時又受到高溫的影響，將加速繼電保護裝置的老化，導致性能改變。有害氣體也會腐蝕電路板和接插座，造成繼電器接點被氧化，引起接觸不良失去保護功能。

（3）晶體管保護裝置易受干擾源的影響，如電弧、閃電電路、短路故障等諸多因素，導致發(fā)生誤動或拒動。

（4）保護可靠性在很大程度上還依賴于運行維護檢修人員的安全意識、技能和責任心。繼電保護的可靠性與調試人員有密切關系，如技術水平低、經驗少、責任心不強、發(fā)現和處理存在問題的能力差等。

（5）保護裝置的正確動作與操作電源有關，特別是電容儲能裝置，電解電容日久老化、容量下降故障時斷路器不能切閘；而酸性或鎘鎳蓄電池也存在接地或電壓電流不足等問題，如果維護不周，也會造成不可靠。

（6）互感器質量差，在長期的運行中，工作特性發(fā)生變化，影響保護裝置的工作效果。

（7）保護方案采用的方式和上下級保護不合理，選型不當。

（8）繼電保護整定值不準確、各級保護之間整定值配合不當，都將導致保護拒動或誤動。

3 供電系統(tǒng)繼電保護現狀和問題

配電系統(tǒng)設備性能差別較大，較落后的繼電保護設備會影響繼電保護的可靠性，繼電保護分布特點有電磁型、晶體管型、集成電路型、微機型，以從事電氣工作多年的經驗來看，繼電保護系統(tǒng)存在以下幾個方面問題。

3.1 設備落后

電磁型繼電保護的保護形式和現在技術較先進的微機型保護相比存在著元件數量多、連線較復雜、可動部分易磨損、觸點怕振動、簧片易變形、體積較大、消耗功率較大、動作速度慢和靈敏度低等缺陷，嚴重影響繼電保護的可靠性，不能很好地滿足選擇性、快速性、靈敏性和可靠性的要求。特別是近年來這種繼電器越來越頻繁暴漏出缺陷，出現由于繼電器觸點振動、觸點絕緣部件絕緣降低等原因引起的斷路器跳閘故障。

3.2 配合級差存在問題

繼電保護裝置的級差配合，是保證系統(tǒng)安全運行的重要環(huán)節(jié)，而配合的關鍵就是靈敏度和動作時限要同時滿足相互配合的要求。供電系統(tǒng)結構越復雜，運行難度越大，變送電梯級增多，使電流速斷時間勢必增大，而時間太長，必然影響變送電設備的安全。因此，配合級差的問題尤為圖突出，若新總變作為一級6kV高配電源，配出回路速斷時間定為0.8s，而下一級高配所如三催高配所、二循高配所的進線開關的時間也定為0.8s，這就在故障狀態(tài)下難以區(qū)分哪個開關先動作，上級開關動作必將帶來更大的不利影響。就在同一高配所內進線開關和單配出回路的速斷時間分別定為0.8s和0.4s，對于電磁型繼電器來講0.4s的差別也是難以保證哪個繼電器先動作，可靠性難以保證，所帶來的后果差別也較大。

3.3 整定值的合理性存在問題

整定值是對線路和設備進行保護的重要參數，整定值的計算一般比較復雜，需要很強的專業(yè)要求，而我公司的繼電保護整定值存在一些問題，有同樣型號和容量相同的兩臺設備具有不同的過流、速斷值，有下一級設備的整定值要大于上一級設備的整定值，造成在下級設備出現事故卻跳開上級開關的現象，致使事故范圍擴大。這給系統(tǒng)安全運行帶來隱患。

3.4 缺少專人進行統(tǒng)一管理

繼電保護的管理是電氣管理中的重要部分之一，其實問題（2）、問題（3）的出現就是缺少專人管理的重要表現，繼電保護的管理需要系統(tǒng)、全面地進行，從整體上進行合理的布局、分級，對于新上設備進行合理選型和計算，定期對全公司各級別參數進行復核，所有這些工作需要專人進行。

4 提高繼電保護可靠性的措施

提高繼電保護可靠性的措施貫穿于繼電保護的設計、制造、運行維護、整定計算和整定調試的全過程。而繼電保護系統(tǒng)的可靠性主要決定于繼電保護裝置的可靠性和設計的合理性。其中繼電保護裝置的可靠性又起關鍵性作用。由于保護裝置投入運行后，會受到多種因素的影響，不可能絕對可靠，但只要制定出各種防范事故方案，采取相應的有效預防措施，消除隱患，彌補不足，其可靠性是能夠實現的。通過以下幾個方式對繼電保護裝置進行發(fā)展和升級來提高其可靠性。

（1）晶體管保護抗干擾能力較差，易受干擾源的影響，故在安裝和調試時應采取有效措施，切斷干擾的耦合途徑。如設置隔離變壓器、濾波器、加設接地電容、輸入輸出回路采取屏蔽電纜、裝置中增設各種閉鎖電路等。也可采用晶體管保護巡回監(jiān)測裝置進行監(jiān)視。

（2）晶體管保護裝置在設計中應考慮安裝在與高壓室隔離的房內，免遭高壓大電流、斷路故障以及切合閘操作電弧的影響。同時要防止環(huán)境對晶體管造成的污染，有條件的情況下要裝設空調。電磁型、機電型繼電器外殼與底座間加膠墊密封，防止灰塵和有害氣體侵入。

（3）繼電保護專業(yè)技術人員在整定計算中增強責任心。在計算中進行認真分析再確定，使各級保護整定值準確，上下級保護整定值匹配合理。

（4）繼電保護專業(yè)調試人員要不斷提高專業(yè)技術水平，增強責任心，不斷提高發(fā)現和處理各種技術問題的能力。在調試工作中認真負責，嚴格按調試規(guī)程的要求進行調試工作。

（5）加強對保護裝置的運行維護與故障處理能力并進行定期檢驗，制定出反事故措施，提高保護裝置的可靠性。

（6）從保證電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性方面考慮，要求繼電保護系統(tǒng)具備快速切除故障的能力。為此重要的輸電線路或設備的主保護采用多重化設施，需要有兩套主保護并列運行。

（7）供電系統(tǒng)中的供電設備發(fā)生故障時，如雙重主保護均不動作，則還應加裝切除故障的設備保護裝置。在保護整定計算時要合理考慮后備保護與主保護的配合特性和選用整定值。

（8）為了使保護裝置在發(fā)生故障時有選擇性動作，避免無選擇性動作，在保護裝置設計、整定計算方面應考慮周全、元器件配合合理、才能提高保護裝置動作的可靠性。為進一步提高繼電保護的可靠性，防止供電系統(tǒng)二次事故的擴大，在供電系統(tǒng)中的重要變電所裝設“備用電源自動投入裝置”（即BZT裝置）。事實證明，在供電系統(tǒng)中裝設的該裝置，在多次電源事故中起到了重要作用，為供電安全起到了關鍵性作用。

（9）設備改造要合理配備綜保，選用先進和盡量統(tǒng)一型號，對新上或原電氣設備改造時盡可能選用先進的微機型繼電保護形式。繼電保護元件盡量選擇先進而統(tǒng)一型號，一方面性能質量可靠，另一方面給維護帶來便利，型號過繁必然給維護帶來不利影響，把好質量關，提高裝置中各元器件的質量。盡量選用故障率低、壽命長的元器件，不讓不合格的劣質元件混進其中。參與選型的各級電氣管理人員要從長遠和發(fā)展的角度進行考慮這個問題。

（10）發(fā)展集散DCS控制系統(tǒng)：DCS在各生產中得到廣泛而較好地應用，現在把電氣系統(tǒng)監(jiān)控納人DCS是近幾年發(fā)展的先進技術，優(yōu)點是可充分利用DCS成熟的分散控制技術，有效提高整個電氣系統(tǒng)監(jiān)控的安全性和可靠性，實現機、電一體化控制，而提高電氣設備的自動控制水平，這也是電氣自動化發(fā)展的方向。發(fā)展DCS控制系統(tǒng)具備以下幾個優(yōu)點：①集中控制，在這里集中控制的概念已經拓展到通過網線或專有通訊線把所有高壓變電所連接起來進行集中控制，形成高度自動化；②電能質量檢測，DCS的電能質量以圖形和參數表多種形式，全面而準確地反映電能質量；③電量自動計算，DCS的應用會輕易解決這個多年以來難以解決的電量自動計算問題，真正能夠做到節(jié)省人力，按時準確進行自動計量。

（11）高低壓綜保綜合管理：低壓綜合保護應用要與高壓綜合保護同步進行，低壓電機綜合保護器已經在一氣分、一常壓、二催化變電所得到應用，實踐表明低壓綜保的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性都優(yōu)于傳統(tǒng)的保護方式，在大力推廣低壓綜保同時，要注意盡量選擇型號先進、廠家一致的，利于維護和管理，低壓綜保的發(fā)展趨勢也是微機監(jiān)控管理，日后的電力系統(tǒng)發(fā)展必然運用微機對高低壓開關設備進行綜合監(jiān)控管理，而現在要做好的工作就是為將來的自動化監(jiān)控發(fā)展前景打下良好基礎。

5 結束語

討論了供電系統(tǒng)中的繼電保護系統(tǒng)和裝置的可靠性問題，提出了對繼電保護的可靠性進行探討的必要性、影響繼電保護可靠性的因素，針對供電系統(tǒng)繼電保護的現狀和存在問題，提出了提高繼電保護可靠性的措施。

［1］孫國凱.電力系統(tǒng)繼電保護原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［2］鄭貴林，王麗娟.現代繼電保護概論［M］.武漢：武漢大學出版社，2003.

［3］鄭龍.電力系統(tǒng)繼電保護的可靠性問題［J］.上海電力，2005，5（1）：51－53.

［4］李健輝.試析提高繼電保護運行的可靠性［J］.民營科技，2011，4（1）：12－13.