提高繼電保護(hù)可靠性研究

柳仲春

摘要：在電網(wǎng)的安全運(yùn)行中，繼電保護(hù)充當(dāng)著不可替代的作用，但是隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的不斷改進(jìn)，電力系統(tǒng)對(duì)于繼電保護(hù)也提出了更高的要求。文章從繼電保護(hù)的概述、繼電保護(hù)可靠性的影響因素和繼電保護(hù)可靠性的提高辦法三個(gè)方面根據(jù)實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題，闡述了提高繼電保護(hù)可靠性的辦法。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；電力系統(tǒng)；可靠性；電網(wǎng)運(yùn)行；繼電保護(hù)技術(shù)；繼電保護(hù)裝置 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0021-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.011

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)概述

1.1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本概念

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)，它包含繼電保護(hù)技術(shù)和繼電保護(hù)裝置兩個(gè)部分。電力系統(tǒng)運(yùn)行故障的分析、繼電保護(hù)的原理、繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)、繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)和電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等各個(gè)方面共同組成了電力系統(tǒng)繼電保護(hù)這一個(gè)完整的體系。繼電保護(hù)系統(tǒng)中包括測(cè)量電壓和電流的二次回路，包括跳閘線圈等具體的成套的設(shè)備，也包括保障繼電保護(hù)裝置正常工作的工作電源和必要的通信設(shè)備等。

1.2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的根本作用就是區(qū)分電力系統(tǒng)中的被保護(hù)元件是處于正常工作狀態(tài)還是故障狀態(tài)，而且電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置還需要區(qū)分故障元件是處于保護(hù)區(qū)間內(nèi)部還是保護(hù)區(qū)間外部。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，繼電保護(hù)裝置區(qū)分原件的工作狀態(tài)是根據(jù)電力系統(tǒng)元件故障前后的物理量的不同來(lái)區(qū)分的，所以我們?cè)谶@里也需要繼電保護(hù)的相關(guān)技術(shù)，只有技術(shù)結(jié)合裝置我們才能教給元件去做出判斷。

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)需要采集的電氣量主要有電流、電壓、電流和電壓之間的相位角以等電氣量。繼電保護(hù)裝置根據(jù)采集到的物理量，可以構(gòu)成過(guò)電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等。

1.3 提高繼電保護(hù)可靠性的定義

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性就是指被保護(hù)設(shè)備在其規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)它應(yīng)該可靠動(dòng)作，在被保護(hù)設(shè)備無(wú)故障或區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)作；用一句話簡(jiǎn)明地來(lái)講，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)系統(tǒng)需要滿足不誤動(dòng)、不拒動(dòng)這兩個(gè)方面的要求。

在前面我們已經(jīng)提到了，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，所以繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有非常重要的意義。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作，迅速地將故障設(shè)備切除，將導(dǎo)致一次設(shè)備損壞加劇，電力系統(tǒng)故障范圍擴(kuò)大，甚至造成電網(wǎng)事故而導(dǎo)致大面積停電等嚴(yán)重后果。同時(shí)在電力系統(tǒng)無(wú)故障狀態(tài)下，因繼電保護(hù)誤動(dòng)作，而導(dǎo)致異常停電將給工業(yè)生產(chǎn)，居民生活等帶來(lái)諸多不便，造成的經(jīng)濟(jì)損失不言而喻。綜上所述，提高繼電保護(hù)的可靠性意義重大。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠性的影響因素

2.1 人為因素

2.1.1 在繼電保護(hù)裝置安裝調(diào)試過(guò)程中，因安裝人員施工不當(dāng)、調(diào)試不到位，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次回路中存在的寄生回路以及接線松動(dòng)，電壓、電流回路極性錯(cuò)誤，或者選擇CT繞組級(jí)別精度等錯(cuò)誤，都會(huì)給保護(hù)裝置可靠動(dòng)作造成潛在風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響繼電保護(hù)可靠運(yùn)行。

2.1.2 繼電保護(hù)裝置研發(fā)人員在保護(hù)裝置底層軟件設(shè)計(jì)，保護(hù)動(dòng)作判別條件及閉鎖邏輯的考慮不到位，也將導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的可靠性降低。

2.1.3 由于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的業(yè)務(wù)技能及工作疏忽，未能結(jié)合一次設(shè)備的運(yùn)行狀況，合理地對(duì)繼電保護(hù)裝置中的各保護(hù)功能及出口壓板進(jìn)行合理投退，也將在很大程度上降低繼電保護(hù)的可靠性。

2.2 外部環(huán)境的影響

2.2.1 電力系統(tǒng)振蕩的影響。因電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，電網(wǎng)的異常波動(dòng)及振蕩現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，電力系統(tǒng)振蕩對(duì)繼電保護(hù)的可靠性影響較大，主要來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)中大負(fù)荷的和系統(tǒng)突然甩負(fù)荷容易導(dǎo)致CT、PT飽和或者造成繼電保護(hù)裝置采樣異常而誤動(dòng)，此外要鑒別出是故障波形還是振蕩波形對(duì)繼電保護(hù)裝置而言也是一種技術(shù)考驗(yàn)。

2.2.2 電磁干擾。在這里我們還需要提到電磁干擾這個(gè)方面。傳導(dǎo)干擾和輻射干擾共同構(gòu)成了電磁干擾，這兩種干擾主要體現(xiàn)在電子器件這個(gè)層面上。電子器件是比較脆弱的，例如PCB的布線都會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，造成芯片不能正常工作。

2.3 繼電保護(hù)系統(tǒng)自身的因素

繼電保護(hù)系統(tǒng)包含采樣原件、邏輯判斷原件、執(zhí)行原件等重要環(huán)節(jié)，在這幾個(gè)環(huán)節(jié)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都將影響繼電保護(hù)的可靠性。在電力生產(chǎn)實(shí)際中，因?yàn)镃T、PT飽和、故障以及電壓電流回路接線松動(dòng)或絕緣異常而導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)采樣異常使保護(hù)誤動(dòng)的案例屢見不鮮；因保護(hù)定值整定不合理、繼電保護(hù)出口判別邏輯不完善或裝置自身故障而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的情況也較為普遍；因?yàn)樵匣蚱渌环€(wěn)定因素導(dǎo)致繼電保護(hù)出口原件異動(dòng)繼電保護(hù)出口跳閘節(jié)點(diǎn)誤開出等也時(shí)有發(fā)生。此外，一次系統(tǒng)的運(yùn)行方式對(duì)繼電保護(hù)的靈敏性及可靠性的影響也不可忽視，諸如在空投變壓器時(shí)因勵(lì)磁涌流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)過(guò)流保護(hù)、距離保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

3 繼電保護(hù)可靠性的提高辦法

在摘要和概述中我們已經(jīng)提到了，提高繼電保護(hù)可靠性具有非常重要的意義，那么我們分為理論和實(shí)例兩個(gè)方面具體地闡述一下怎么提高繼電保護(hù)的可靠性：

3.1 提高繼電保護(hù)可靠性從系統(tǒng)自身抓起

3.1.1 想提高繼電保護(hù)的可靠性，保障繼電保護(hù)裝置的可靠性，完善并提高裝置功能，如提高繼電保護(hù)裝置的自檢能力，對(duì)裝置自身的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督，對(duì)故障情況做到及時(shí)報(bào)警并閉鎖保護(hù)出口；對(duì)保護(hù)的輸入信號(hào)判別要有一定的容錯(cuò)機(jī)制，如對(duì)CT、PT短線的有效識(shí)別等均能在很大程度上提高繼電保護(hù)的可靠性。

3.1.2 加大巡檢的力度，防患于未然。按時(shí)按質(zhì)的巡檢和定期的排查對(duì)于發(fā)現(xiàn)故障有很大的作用。及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常報(bào)警，對(duì)裝置的采樣情況開展跟蹤記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行偏差做到防患于未然。

3.1.3 在繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要做更加科學(xué)的設(shè)計(jì)，比如元件、設(shè)備位置安排的時(shí)候，線路的布置，這些都需要做更加科學(xué)的布置，做到裝置電源回路、采樣回路、出口回路的可靠有效隔離，避免交直流之間、板件與板件之間的相互干擾。

3.2 提高繼電保護(hù)人員的可靠性

我們知道繼電保護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)，所以設(shè)備的可靠性和操作人員的可靠性都是會(huì)對(duì)系統(tǒng)的整體產(chǎn)生影響的。

3.2.1 加強(qiáng)運(yùn)行操作人員的培訓(xùn)與考核落實(shí)責(zé)任制，保障運(yùn)行工作人員的技術(shù)都是合格的，這樣可以很大程度上避免因?yàn)槿藛T的問(wèn)題而出現(xiàn)故障。

3.2.2 嚴(yán)格執(zhí)行“兩票”制度，加大監(jiān)管力度。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，我們可以得到如下的結(jié)論，嚴(yán)格執(zhí)行“兩票”制度可以在很大程度上降低故障概率，很多故障都是沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，所以我們?cè)谶@個(gè)方面以后需要加強(qiáng)。

3.3 加強(qiáng)技術(shù)方面的攻關(guān)與改進(jìn)

很多的時(shí)候，我們不僅是需要對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行高的要求，我們也要與時(shí)俱進(jìn)，追求新的技術(shù)。

現(xiàn)在的220kV及以上系統(tǒng)中，均已實(shí)現(xiàn)保護(hù)雙重化配置，使得保護(hù)拒動(dòng)的概率大大降低，然而保護(hù)誤動(dòng)的概率在增加，所以在設(shè)備選型，繼電保護(hù)閉鎖邏輯需要進(jìn)可能地完善；通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的引入，使電力系統(tǒng)的自身調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，可靠地減少系統(tǒng)的振蕩及其他不穩(wěn)定因素也可起到提高保護(hù)可靠性的作用。

及時(shí)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行更新，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間越久，其不穩(wěn)定性就越高，各種潛在風(fēng)險(xiǎn)就越大，它所有設(shè)備的更新?lián)Q代也要做得及時(shí)。很多新型的設(shè)備投入可以提高繼電保護(hù)的可靠性。

4 實(shí)例分析和改進(jìn)

4.1 中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局500kV花從甲線三相跳閘事故

因500kV北花乙線保護(hù)改造工作需要，對(duì)二次回路正確性進(jìn)行核實(shí)。依據(jù)工作方案，需在5031就地匯控柜處進(jìn)行注流校驗(yàn)二次回路的正確性，但因北花乙線線路電流為5031、5032開關(guān)電流合流，現(xiàn)場(chǎng)工作人員考慮為驗(yàn)證二次回路完整性，臨時(shí)更改至5032開關(guān)就地匯控柜開展二次回路升流試驗(yàn)工作。工作組對(duì)回路進(jìn)行加量時(shí)，因工作麻痹大意，在電纜標(biāo)牌不清、電流回路不明朗的情況下未對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接線與圖紙資料進(jìn)行核實(shí)，導(dǎo)致加量通道錯(cuò)誤而導(dǎo)致保護(hù)勿動(dòng)。造成500kV線路停電。經(jīng)過(guò)查證，事故的原因有兩點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)工作人員沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行工作方案，臨時(shí)變更工作內(nèi)容，但是變更手續(xù)卻沒(méi)有履行；（2）未將二次回路與圖紙進(jìn)行核對(duì)，誤將試驗(yàn)線接入運(yùn)行回路，導(dǎo)致500kV花從甲線跳閘。

通過(guò)上面的信息我們可以得出如下的結(jié)論，這次事故主要是因?yàn)楣ぷ魅藛T疏忽大意，未按規(guī)范開展工作，冒險(xiǎn)作業(yè)導(dǎo)致的誤操作引起的。針對(duì)這次事故我們可以得到以下教訓(xùn)：（1）工作人員開展工作時(shí)務(wù)必要執(zhí)行安全措施票，涉及繼電保護(hù)專業(yè)的工作還要履行繼電保護(hù)及安照裝置措施票，編寫作業(yè)指導(dǎo)書，并嚴(yán)格執(zhí)行審批手續(xù)，工作中不得擅自擴(kuò)大工作范圍；（2）工作前核實(shí)合設(shè)備接線圖及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線是否一致，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線與圖紙資料不符時(shí)需進(jìn)一步核實(shí)原因，不可冒險(xiǎn)工作。

4.2 梨園電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)動(dòng)作故障

在這次事故中，故障的原因是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地柜到發(fā)電機(jī)保護(hù)A柜的二次電纜絕緣破損，致使保護(hù)電壓采樣值接近0，而在保護(hù)裝置的閉鎖邏輯中沒(méi)有電壓采樣異常而閉鎖保護(hù)出口跳閘的閉鎖邏輯，造成保護(hù)出口誤動(dòng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)的原理：當(dāng)對(duì)地絕緣受到破壞，注入電流出現(xiàn)電阻性電流。

正常情況下，注入的低頻電流主要是流過(guò)對(duì)地電容的電容電流。檢測(cè)注入的低頻電壓、電流，通過(guò)導(dǎo)納法可計(jì)算出接地過(guò)渡電阻阻值，可以反映發(fā)電機(jī)100%的定子繞組單相接地。以下是發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)的原理圖：

通過(guò)上述問(wèn)題，我們可以得出結(jié)論，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的研究，完善保護(hù)裝置的動(dòng)作條件及閉鎖邏輯，將在很大程度上提高繼電保護(hù)的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)總結(jié)過(guò)去和現(xiàn)在有關(guān)提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備可靠性的方法，進(jìn)一步歸納和分析提高繼電保護(hù)設(shè)備可靠性的意義、因素及策略，總結(jié)歸納了提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠性的方法和技術(shù)。

可以得出以下結(jié)論：（1）為了提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的可靠性，宜使用多種可靠性技術(shù)相結(jié)合的手段；（2）使用的每種提高可靠性的技術(shù)手段的可靠性要高，以使得電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備的可靠性更高。

近來(lái)對(duì)繼電保護(hù)可靠性的分析取得了不小的成績(jī)，但是還有很多方面尚有許多不完善的地方。

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