大電網(wǎng)繼電自動(dòng)裝置的故障和適應(yīng)性問(wèn)題

韋鄧

(廣西大化水電設(shè)備安裝檢修有限責(zé)任公司，廣西 河池 547300)

一、大型水電站繼電自動(dòng)裝置面臨的挑戰(zhàn)和方向

大電網(wǎng)在安全運(yùn)行或在緊急狀態(tài)下，大型水電站為了防止產(chǎn)生大面積停電，分布設(shè)置了各種系統(tǒng)繼電保護(hù)、穩(wěn)定補(bǔ)救等自動(dòng)化裝置。這些裝置的共同特點(diǎn)是“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作、定期檢驗(yàn)”。通過(guò)分析和計(jì)算，繼電保護(hù)根據(jù)電力系統(tǒng)最大、最小和相繼動(dòng)作等運(yùn)行方式所計(jì)算確定的整定值，一般都在運(yùn)行預(yù)期范圍，保證了水電站電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

但是隨著我國(guó)電力市場(chǎng)的發(fā)展，電力壟斷格局逐漸打破后對(duì)電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了一定的影響，具體表現(xiàn)在電力市場(chǎng)化交易，加入了眾多市場(chǎng)參與方，比如：監(jiān)管機(jī)構(gòu)、能量市場(chǎng)、獨(dú)立發(fā)電、大用戶、售電服務(wù)等。這些因素都給電網(wǎng)運(yùn)行增加了更加多變和不確定的因素。電力系統(tǒng)安全迎來(lái)一定的挑戰(zhàn)，從而對(duì)提高水電站繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定補(bǔ)救和無(wú)功補(bǔ)償提出了更高的要求。

當(dāng)前，電力系統(tǒng)運(yùn)行中最受關(guān)注的問(wèn)題，就是如何在防止大面積停電和加速停電后的恢復(fù)控制的系統(tǒng)工作。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)據(jù)顯示：近幾年導(dǎo)致的幾次大面積的停電的根本原因近半數(shù)直接或間接與繼電自動(dòng)裝置有關(guān)。

二、大電網(wǎng)繼電保護(hù)事故的種類(lèi)及繼電自動(dòng)裝置的自適應(yīng)問(wèn)題

1.繼電保護(hù)事故的種類(lèi)

1.1 定值問(wèn)題：微機(jī)保護(hù)有多個(gè)定值區(qū)，這極大方便了電網(wǎng)運(yùn)行方式變化情況下的定值更改問(wèn)題。但是還必須注意的是定值區(qū)的錯(cuò)誤對(duì)繼電工作來(lái)說(shuō)是一大忌，必須采用嚴(yán)格的管理和相應(yīng)的技術(shù)手段來(lái)確保定值區(qū)的正確性。

1.2 電源問(wèn)題：直流供電系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題有可能影響到微機(jī)保護(hù)的邏輯配合，甚至邏輯功能判斷失誤，導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。尤其是在事故發(fā)生時(shí)有出口繼電器、信號(hào)繼電器、重動(dòng)繼電器等相繼動(dòng)作，要求電源輸出有足夠的功率。

1.3 TA、TV及二次回路的問(wèn)題：PT二次中性點(diǎn)接地方式異常，表現(xiàn)為二次未接地（虛接）或多點(diǎn)接地。TA飽和問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)因饋線保護(hù)因電流互感器飽和而拒動(dòng)。

1.4 抗干擾問(wèn)題：操作干擾、沖擊負(fù)荷干擾、直流回路接地干擾等問(wèn)題

1.5 保護(hù)性能問(wèn)題：裝置的功能和特性缺陷。

1.6 插件絕緣問(wèn)題：長(zhǎng)期運(yùn)行后，由于靜電作用使插件的接線焊點(diǎn)周?chē)奂罅快o電塵埃，從而引起裝置故障或者事故的發(fā)生。

1.7 軟件版本問(wèn)題：保護(hù)軟件版本的管理問(wèn)題。

1.8 高頻收發(fā)信機(jī)問(wèn)題：元器件損壞、抗干擾性能差等

1.9 誤碰及誤操作問(wèn)題：兩票實(shí)施中存在的問(wèn)題，大部分是不嚴(yán)格、不認(rèn)真執(zhí)行規(guī)程所造成的，安全思想淡薄，圖省事，存在僥幸心理，缺乏自我保護(hù)意識(shí)，把保證作業(yè)人員自身安全的措施和規(guī)定看作是上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的行政要求，不是自覺(jué)執(zhí)行，而是盲目隨從，甚至在執(zhí)行原則和執(zhí)行程序上也應(yīng)付了事，使兩票實(shí)施流于形式。

1.10 設(shè)計(jì)的問(wèn)題：繼電保護(hù)組屏與配置原則的細(xì)節(jié)性問(wèn)題。

1.11 接地問(wèn)題。繼電保護(hù)工作中接地問(wèn)題是非常突出的，大致分以下兩點(diǎn)：首先，保護(hù)屏的各裝置機(jī)箱屏障等的接地問(wèn)題，必須接在屏內(nèi)的銅排上，一般生產(chǎn)廠家已做得較好，只需認(rèn)真檢查。最重要的是，保護(hù)屏內(nèi)的銅排是否能可靠地接入地網(wǎng)，應(yīng)該用較大截面的銅鞭或?qū)Ь€可靠緊固在接地網(wǎng)上，并且用絕緣表測(cè)電阻是否符合規(guī)程要求。

2、繼電自動(dòng)裝置的自適應(yīng)問(wèn)題

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)也力圖適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和故障狀態(tài), 能保證所有可能的正常和故障條件下, 保護(hù)都不會(huì)錯(cuò)誤地切除被保護(hù)的設(shè)備, 卻存在以下兩個(gè)缺點(diǎn): 一是按最嚴(yán)重的條件確定保護(hù)定值方法設(shè)定的定值, 在其它運(yùn)行方式( 其中包括系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式) 下不是最佳的；另外在最小運(yùn)行或最不利的短路條件下, 保護(hù)可能失效或性能?chē)?yán)重變差。繼電自動(dòng)裝置的適應(yīng)性控制和隱藏故障、脆弱性不同，不屬于裝置本身的隱患。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的具有通信和編程能力的繼電自動(dòng)裝置同樣提供解決以上問(wèn)題的基礎(chǔ)，通過(guò)“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的繼電自動(dòng)裝置同樣能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)控制。但保護(hù)定值或穩(wěn)定的補(bǔ)救方案進(jìn)行設(shè)定和修改只能在離線進(jìn)行。

三、解決大電網(wǎng)水電站繼電保護(hù)裝置本身故障的途徑及提高繼電保護(hù)事故處理能力的途徑

1、解決大電網(wǎng)水電站繼電保護(hù)裝置本身故障的途徑

1.1、隱藏故障監(jiān)視及診斷

繼電保護(hù)保護(hù)裝置的隱藏故障與傳統(tǒng)硬件故障以及人為引起的故障不同，通常只有通過(guò)其它事件或故障才能揭露隱藏缺陷，為此應(yīng)定期進(jìn)行離線檢測(cè)確定繼電自動(dòng)裝置是否有隱藏故障引發(fā)誤動(dòng)等，隱藏故障反映更為明顯的還會(huì)表現(xiàn)為接線邏輯出錯(cuò)，反之一切正常則可進(jìn)行常態(tài)化的在線監(jiān)測(cè)。基于同步相量測(cè)量及現(xiàn)代通信技術(shù) ,可以在 統(tǒng)一參考時(shí)間框架下測(cè)量電網(wǎng)各處的電流、電壓相量,這些帶有精確時(shí)標(biāo)的電流、電壓相量測(cè)量數(shù)據(jù)具有同步性、實(shí)時(shí)性、高速度、高精度和高可靠性等特點(diǎn) ,可以作為參考基準(zhǔn)。在大電網(wǎng)水電站內(nèi) , 繼電保護(hù)信息子站與各 PMU 及繼電保護(hù)裝置之間通過(guò)高速通信網(wǎng)相連 , 收集本大電網(wǎng)水電站內(nèi)繼電保護(hù)裝置和 PMU 的測(cè)量數(shù)據(jù) ,可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)保護(hù)設(shè)備的隱藏故障診斷 ,但 不能實(shí)現(xiàn)站間繼電保護(hù)設(shè)備的診斷；通過(guò)繼電保護(hù)信息主站, 可同時(shí)收集電網(wǎng)內(nèi)不同地點(diǎn)保護(hù)裝置的測(cè)量信息和當(dāng)?shù)氐?PMU 測(cè)量信息 ,因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)多端信息繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱藏故 障診斷 。

1.2、電力系統(tǒng)脆弱性分析

由繼電自動(dòng)裝置導(dǎo)致的電力系統(tǒng)脆弱性問(wèn)題與隱藏故障不同，正常時(shí)保護(hù)接線邏輯正確，不能通過(guò)監(jiān)視事先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。只有當(dāng)脆弱區(qū)發(fā)生故障、保護(hù)接線邏輯中有關(guān)部件失靈時(shí)才有所反映而改造成不希望的跳閘。因此，只能通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取相應(yīng)的安全對(duì)策。

1.3、提高繼電自動(dòng)裝置的自適應(yīng)水平

常規(guī)繼電保護(hù)的整定值是通過(guò)離線計(jì)算獲得，而且在運(yùn)行中保持不變，不能很好滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障類(lèi)型變化的要求，從而不同程度地降低了繼電保護(hù)性能的發(fā)揮。且繼電保護(hù)需要適應(yīng)頻繁變化的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，正確切除各種故障及設(shè)備，而自適應(yīng)繼電保護(hù)能在參數(shù)變化時(shí)保持系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)特性。計(jì)算機(jī)技術(shù)是自適應(yīng)繼電保護(hù)發(fā)展的基礎(chǔ)。只有用計(jì)算機(jī)來(lái)構(gòu)成保護(hù)裝置,自適應(yīng)保護(hù)才可能具有真正意義的自適應(yīng)性能;只有在計(jì)算機(jī)技術(shù)得到巨大發(fā)展,使得計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)在電網(wǎng)中的普遍應(yīng)用及計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)其它領(lǐng)域的廣泛使用,才可能真正具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的自適應(yīng)保護(hù)。且為了適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障條件的變化,自適應(yīng)保護(hù)有必要獲得更多的信息, 并對(duì)它們進(jìn)行分析處理,這就要求微機(jī)保護(hù)的硬件具有更快的運(yùn)算速度和更強(qiáng)的記憶能力。自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化信息和故障類(lèi)型信息實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值，使得繼電保護(hù)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)、更充分地發(fā)揮其性能，以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性。其主要作用是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加上具有通信能力的協(xié)作層后，當(dāng)預(yù)防性控制軟件發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、需對(duì)有關(guān)保護(hù)定值或穩(wěn)定補(bǔ)救方案進(jìn)行修改和調(diào)整時(shí)，就可依靠外部知識(shí)協(xié)作、對(duì)反應(yīng)參數(shù)或程序進(jìn)行修改和調(diào)整，以提高裝置的適應(yīng)性水平。

2、提高繼電保護(hù)事故處理能力的途徑

2.1 正確充分利用微機(jī)提供的故障信息，正確對(duì)待人為事故，尤其要充分利用故障錄波和時(shí)間記錄。

2.2 掌握足夠必要的理論知識(shí)

為了根據(jù)保護(hù)及自動(dòng)裝置產(chǎn)生的現(xiàn)象分析故障或事故發(fā)生的原因，迅速確定故障部位，工作人員必須具備微機(jī)保護(hù)的基本知識(shí)，必須全面掌握和了解保護(hù)的基本原理和性能，熟記微機(jī)保護(hù)的邏輯框圖，熟悉電路原理和元件功能。

2.3 具備相關(guān)技術(shù)資料

2.4 運(yùn)用正確的檢查方法

2.5 掌握微機(jī)保護(hù)事故處理技巧

2.5.1 替代法

2.5.2 對(duì)比法

2.5.3 模擬檢查法

四、總結(jié)

隨著IT信息技術(shù)的不斷發(fā)展，盡管由于電力市場(chǎng)多方參與加大了電力系統(tǒng)多變和不確定因素的增加，但是大電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置隨著未來(lái)信息技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，會(huì)提供全方位的功能自檢系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和從靜態(tài)整定到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)解決的途徑。

[1]歐陽(yáng)帆，張亮峰，李剛等.微機(jī)保護(hù)裝置逆變電源故障原因分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31(7)：150-153.

[2]謝大為，劉玉娟，李碧君等.關(guān)于提高電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定預(yù)警準(zhǔn)確性措施的探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(23)：234-237.

[3]周衛(wèi)，張堯，夏成軍等.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(3)：1-5,10.

［4] 張之哲，陳德樹(shù).微型計(jì)算機(jī)距離保護(hù)的自適應(yīng)對(duì)策［J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1998（3）：23.