電氣二次設(shè)計(jì)常見問題的研究

華自科技股份有限公司 傅元秀

電氣二次設(shè)計(jì)常見問題的研究

華自科技股份有限公司 傅元秀

本文從安全防誤、繼電保護(hù)、光纖縱差保護(hù)、二次接地與抗干擾和電流、電壓的選用等方面對電氣二次設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行探討，以期為確保電網(wǎng)安全提供理論依據(jù)。

電氣二次設(shè)計(jì)；安全；配置；保護(hù)

繼電保護(hù)、安全防護(hù)和安全閉鎖裝置是電力系統(tǒng)安全衛(wèi)士，沒有繼電保護(hù)自動化系統(tǒng)的保證，也就無法保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文筆者結(jié)合自己多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對電氣二次設(shè)計(jì)中常見的問題進(jìn)行總結(jié)與研究，以期為確保電網(wǎng)安全提供理論依據(jù)。

1.安全防誤

國家電網(wǎng)公司的《防止電氣誤操作裝置管理規(guī)定》中規(guī)定的：凡有可能引起以上事故的一次電氣設(shè)備，均應(yīng)裝設(shè)防誤裝置。防誤裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下“五防”功能：一是防止誤分、誤合開關(guān)：二是防止帶負(fù)荷拉、合隔離刀閘：三是防止帶電掛(合)接地線(接地刀閘)：四是防止帶接地線（接地刀閘)合開關(guān)(隔離刀閘；五是防止誤入帶電間隔。為了能有效地實(shí)現(xiàn)“五防”功能，有效地避免誤操作事故的發(fā)生，必須在電氣設(shè)備上設(shè)置閉鎖裝置或裝設(shè)微機(jī)五防系統(tǒng)，即機(jī)械閉鎖裝置、電磁鎖、程序鎖、電氣閉鎖等系統(tǒng)。防誤裝置應(yīng)具備以下基本要求：結(jié)構(gòu)簡單、可靠，操作維護(hù)方便，盡可能不增加正常操作和事故處理的復(fù)雜性；應(yīng)有專用的解鎖工具(鑰匙)：防誤裝置應(yīng)滿足所配設(shè)備的操作要求，并與所配用設(shè)備的操作位置相對應(yīng)：防誤裝置應(yīng)不影響開關(guān)、隔離刀閘等設(shè)備的主要技術(shù)性能；防誤裝置應(yīng)選用符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、并經(jīng)國家電網(wǎng)公司或區(qū)域、省《區(qū)、市)電網(wǎng)公司鑒定的產(chǎn)品。

目前在應(yīng)用的防誤裝置的類型主要有：掛鎖、機(jī)械閉鎖裝置、電氣閉鎖裝置、微機(jī)防誤閉鎖裝置等。為了確保電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，杜絕變電運(yùn)行人員發(fā)生誤操作事故，應(yīng)從如下方面入手：①加強(qiáng)防誤裝置的管理，明確防誤專責(zé)人員，建立防誤裝置臺帳，對各種型號的防誤裝置的故障率進(jìn)行認(rèn)真統(tǒng)計(jì)分析，做好基礎(chǔ)工作。制定電氣防誤閉鎖裝置的運(yùn)行規(guī)程和檢修制度，明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任。加強(qiáng)閉鎖裝置萬用鑰匙保管和使用的管理。要把防誤閉鎖裝置的日常維護(hù)和定期檢修工作落到實(shí)處。保證防誤裝置安裝率、完好率、投入率100%。②電動刀閘操作箱亦應(yīng)納入規(guī)范化管理，電動按鈕及分合閘中間繼電器(接觸器)應(yīng)有防誤碰措施，對沒有電氣閉鎖的電動刀閘操作后應(yīng)及時斷開操作電源，刀閘操作電源必須有獨(dú)立的控制開關(guān)，且操作電源必須取自電機(jī)電源(防止帶自保持的分合閘中間繼電器在沒有電源的情況下操作后，運(yùn)行人員合上電機(jī)電源時刀閘誤動作)。③針對不同類型機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，對不同電壓等級的隔離開關(guān)、接地刀閘以及網(wǎng)門等采取具體措施(加裝位置對應(yīng)裝置)，增加不同的附件達(dá)到防空行程的目的[1]。

圖1 光纖縱差保護(hù)系統(tǒng)的組成Fig.1 Structure of fiber optic protection system

2.繼電保護(hù)

繼電保護(hù)是保障大電網(wǎng)安全的第一道防線。如果保護(hù)裝置在故障發(fā)生時正確、快速、可靠動作，將有效遏制系統(tǒng)的狀態(tài)惡化，起到保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的作用。反之。則可能擴(kuò)大事故，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)大面積停電。近年來國內(nèi)外頻繁發(fā)生的大停電事故調(diào)查表明，雖然引發(fā)電網(wǎng)大面積停電的因素很多，但由于保護(hù)誤動、拒動以及電網(wǎng)大范圍潮流轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生的保護(hù)連鎖動作，是導(dǎo)致事故擴(kuò)大，乃至引發(fā)系統(tǒng)大面積停電的關(guān)鍵因素之一。實(shí)踐表明，繼電保護(hù)系統(tǒng)在保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中起到一個舉足輕重的作用。繼電保護(hù)系統(tǒng)的失靈相當(dāng)程度上影響了電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的能力。而保護(hù)系統(tǒng)中的隱形故障被認(rèn)為是電力系統(tǒng)發(fā)生大范圍連鎖性故障的主要因素。值得一提的是，繼電保護(hù)及二次回路隱形故障是完全可以預(yù)防的。使用目前國內(nèi)比較先進(jìn)的保護(hù)設(shè)備，主保護(hù)裝置具有自診斷功能，對于裝置的一些異常情況都能進(jìn)行在線監(jiān)測；關(guān)鍵的問題是必須加強(qiáng)設(shè)備管理，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)章制度，建立健全設(shè)備的基礎(chǔ)技術(shù)臺帳；作到設(shè)備維護(hù)、檢修到位，人員工作到位，將設(shè)備的一些細(xì)微變化記錄在案，對運(yùn)行設(shè)備的變化情況進(jìn)行對比分析，找出存在的問題，有針對性的進(jìn)行處理；盡量降低設(shè)備隱形故障的危害，使系統(tǒng)和電氣設(shè)備避免大規(guī)模的事故[2]。

3.光纖縱差保護(hù)

光纖縱差保護(hù)由于具有中繼距離長、傳輸信息量大、抗干擾性能好、防止雷電等優(yōu)點(diǎn)正廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。光纖縱差保護(hù)系統(tǒng)主要由保護(hù)裝置、光通信接口設(shè)備和光通信系統(tǒng)組成，以雙端光纖保護(hù)系統(tǒng)為例，如圖1。

光纖縱差保護(hù)的基本原理是通過交換線路兩側(cè)的模擬量，比較兩側(cè)電流方向或大小來判斷被保護(hù)線路上是否發(fā)生了短路，以決定保護(hù)是否動作?？v差保護(hù)原理的理論基礎(chǔ)是基爾霍夫電流定律，它具有良好的“天然”選相能力和良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥m應(yīng)能力(能適應(yīng)任何型式的輸電線路)，對于提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和輸電供電的靈活性為目標(biāo)的電網(wǎng)的建設(shè)，具有非同尋常的意義[3]。

4.二次接地與抗干擾

電力二次系統(tǒng)工作性能的穩(wěn)定可靠對予整個電力系統(tǒng)具有重要作用。分析研究電力二次系統(tǒng)的接地及其抗干擾等問題具有重大意義。二次系統(tǒng)接地的常用種類有：①工作接地：工作接地是為系統(tǒng)正常工作而設(shè)置的接地。如為了降低電力設(shè)備的絕緣水平，在1lOkV及以上電力系統(tǒng)中采用中性點(diǎn)接地的運(yùn)行方式，在兩線一地的雙極高壓直流輸電中也需將其中性點(diǎn)接地。②防雷接地：為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便將雷電流引入大地。③安全接地：為了保證人身的安全，將電氣設(shè)備外殼設(shè)置的接地。二次系統(tǒng)接地方法主要有保護(hù)系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的接地、二次回路的接地、二次電纜屏蔽層的接地等。二次系統(tǒng)的常見干擾源主要有：電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾、操作引起的干擾以及短路電流、二次回路操作、局部放電及電力二次系統(tǒng)內(nèi)部的電子元器件等等產(chǎn)生的干擾。

在設(shè)計(jì)電力二次系統(tǒng)時，在硬件上采用一些抗干擾措施，可以有效抑制干擾信號的侵入，提高裝置的抗干擾能力。主要措施有：

①隔離為了抑制共模干擾，保護(hù)裝置中與外界連接的線路如模擬量、輸入輸出開關(guān)量、數(shù)字量和電源線等，經(jīng)由光電隔離或隔離變壓器隔離后再進(jìn)入裝置內(nèi)部。其中光電隔離主要通過光電耦合器將外部開關(guān)量信號及開關(guān)量輸出和內(nèi)部電氣回路進(jìn)行隔離，隔離變壓器主要通過專用變壓器將一、二次側(cè)的交流回路隔離。

②屏蔽屏蔽的實(shí)質(zhì)是通過具有良好導(dǎo)電性的金屬所構(gòu)成的全封閉殼體來隔離和衰減電磁干擾，如微機(jī)保護(hù)的殼體，將核心數(shù)字部件、A／D轉(zhuǎn)換器等器件裝在內(nèi)屏蔽殼體內(nèi)。常見的屏蔽方式有抑制寄生電容耦合干擾的電場屏蔽(如電壓、電流變換器一、二次側(cè)繞組之間隔離)和防止電磁耦合及感性耦合的磁場屏蔽等。

③濾波、退耦與旁路抑制橫模干擾的主要方法是采用濾波和退耦電路。交流信號輸入通道都有前置模擬低通濾波器，兼有抗干擾的作用。從抗干擾角度考慮，RC濾波器比LC濾波器好，因?yàn)镽C濾波器是耗散式濾波器，把噪聲能量變成熱能耗散掉了，而LC濾波器則會產(chǎn)生附加的磁場干擾，所以電感要加屏蔽罩。在電源系統(tǒng)中，對每個電路或每個組件都要采用退耦電路供電。

5.電流、電壓的選用

電流、電壓互感器的主要用途是為繼電保護(hù)、測量、儀表提供電力系統(tǒng)一次電流、電壓的信息。電流、電壓互感器的二次參數(shù)是與繼電保護(hù)、測量、儀表的特性和要求相適應(yīng)的，其性能直接影響繼電保護(hù)的可靠性、測量和計(jì)量的精度，影響電網(wǎng)安全及工程投資等。由于數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)保護(hù)在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)字式電子測量表記代替了常規(guī)電磁式儀表，這給常規(guī)電磁式互感器制造及參數(shù)選擇提出新的問題。第一，測量用互感器只有負(fù)載在25%～100%時才能保證其精度，由于綜合自動化的應(yīng)用，取消了電測儀表、控制設(shè)備，一般用綜合測控裝置自身的顯示器，再加上設(shè)備布置更加緊湊，電纜用量減少，互感器的實(shí)際負(fù)載遠(yuǎn)小于25%的額定負(fù)載，負(fù)載不能匹配，精度難以保證；第二，計(jì)費(fèi)用表記精度達(dá)0.2S級，交流采樣精度也達(dá)O.2級，按常規(guī)配置，互感器的精度比所接儀表精度應(yīng)高一級，即O.1級，目前沒有該精度的產(chǎn)品，由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，很難查到暫態(tài)特性好同時短路電流倍數(shù)又大的電磁特性電流互感器。第三，保護(hù)回路要求獨(dú)立，測量、計(jì)量各要求獨(dú)立的二次繞組，二次繞組數(shù)量越來越多，特別是一個半開關(guān)接線的接線更是復(fù)雜，在此對保護(hù)規(guī)程提出質(zhì)疑，能否同一套保護(hù)的主保護(hù)、后備保護(hù)共用一組CT，實(shí)際應(yīng)用中及少有互感器的二次繞組故障，二次繞組數(shù)量多可靠性不一定就高。電力系統(tǒng)正在向超高壓、大容量電網(wǎng)發(fā)展，電磁式電流互感器越來越難以滿足發(fā)展的要求，鐵心易飽和，動態(tài)范圍小，易受電磁干擾，二次開路易產(chǎn)生高壓，易產(chǎn)生鐵磁諧振等。有文獻(xiàn)報道，光電互感器與光纖通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，組成光纖局域網(wǎng)，應(yīng)用于電力系統(tǒng)，是變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的方向。

6.結(jié)語

計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、光電技術(shù)的發(fā)展使電力系統(tǒng)自動化、繼電保護(hù)及自動控制技術(shù)產(chǎn)生了新的變革。為更好地進(jìn)行新技術(shù)的推廣與應(yīng)用，與之相適應(yīng)的規(guī)程規(guī)范應(yīng)不斷修改、完善。同時，科研、制造、設(shè)計(jì)等部門不斷推出經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用的新產(chǎn)品，為提高電力系統(tǒng)自動化水平、確保電網(wǎng)安全，作出更大的貢獻(xiàn)。

[1]黃建軍.電力系統(tǒng)中電氣防誤裝置操作管理[J].廣東科技,2008,9:102-103.

[2]王雨.基于繼電保護(hù)隱性故障的電網(wǎng)安全綜述[J].科技資訊,2011,25:152.

[3]袁濤,潘捷,李真,等.農(nóng)村電網(wǎng)中光纖縱差保護(hù)的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,16:84-86.

傅元秀（1975—），女，苗族，湖南麻陽人，大學(xué)本科，工程師。