對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路相關(guān)問題的研究

國家能源集團(tuán)新疆吉林臺水電開發(fā)有限公司 王國麗

因大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)的普及應(yīng)用，電力系統(tǒng)的建設(shè)也逐漸朝向自動化方向發(fā)展，通過先進(jìn)技術(shù)的分析開展供電調(diào)配工作，提高工作效率，減少人為因素的干擾。這意味著基于電力系統(tǒng)的線路繼電保護(hù)動作行為發(fā)揮著重要作用。繼電保護(hù)二次回路具有故障點(diǎn)定位快、系統(tǒng)沖擊少、故障就地處理、供電迅速恢復(fù)等優(yōu)勢，所以應(yīng)用十分廣泛。

1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路特點(diǎn)及作用

1.1 特點(diǎn)

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，一般都安排有多樣化的設(shè)備建立起整個(gè)發(fā)電機(jī)組，使其在系統(tǒng)作用下實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而這些設(shè)備本身也直接參與到電能利用和分配過程中。所以如何實(shí)現(xiàn)對這些設(shè)備的有效控制和監(jiān)管成為電力系統(tǒng)運(yùn)行重點(diǎn)。繼電保護(hù)設(shè)備從本質(zhì)上屬于一類輔助性設(shè)備的集合，包括常見的控制器、操作電源、繼電器等。二次回路則主要是負(fù)責(zé)對回路進(jìn)行控制，包括工作人員進(jìn)行指示牌控制、主開關(guān)斷路器控制時(shí)都會用到二次回路。但大部分情況下，主回路的電壓都會高于二次回路，這影響到對二次回路的分類，主要劃分為針對電流及針對電壓的兩種二次回路[1]。

繼電保護(hù)二次回路是電力系統(tǒng)的重要組成，結(jié)構(gòu)上較復(fù)雜，進(jìn)行功能劃分還可分為針對測量工作的系統(tǒng)、針對電源信息的系統(tǒng)、針對開關(guān)功能的系統(tǒng)，以及針對繼電保護(hù)的系統(tǒng)。從繼電保護(hù)系統(tǒng)分析，主要是依靠低壓方式實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的保護(hù)，而與傳統(tǒng)的其他保護(hù)裝置進(jìn)行對比繼電保護(hù)二次回路更具優(yōu)勢，運(yùn)行效率更高、故障識別率更高，所以可保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。另外繼電保護(hù)二次回路本身體積較小，所以較易進(jìn)行優(yōu)化，更好地發(fā)揮其作用，同時(shí)也存在低成本、高速度、大范圍控制等特點(diǎn)，擁有更大的發(fā)揮空間[2]。

1.2 作用

首先是可保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，當(dāng)前電力系統(tǒng)的維修人員對于電力故障的維修依然還是手動和事后維修方式，無法控制故障出現(xiàn)頻率。而二次回路的應(yīng)用可有效排除電力系統(tǒng)中的安全隱患，減少故障的發(fā)生頻率，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然后是減少對電力系統(tǒng)的資金投入，繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用可以節(jié)約一定成本，本身偏于小巧，占據(jù)空間較小，安裝方便，并可預(yù)測電力系統(tǒng)的故障，所以可有效節(jié)約安裝及故障維修成本[3]。

2 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路常見故障及檢修維護(hù)措施

2.1 差動問題

一是繼電保護(hù)二次回路在運(yùn)行過程中出現(xiàn)差動問題、認(rèn)為是數(shù)據(jù)故障。這不僅會損壞用戶端的數(shù)據(jù)，還會影響到保護(hù)系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和靈敏度，帶來明顯的破壞問題。而這樣就會影響二次回路出現(xiàn)錯(cuò)誤的繼電保護(hù)行為，繼而威脅電力系統(tǒng)的運(yùn)行；二是繼電保護(hù)二次保護(hù)運(yùn)行過程中，如線路受到損壞有可能出現(xiàn)熔斷問題和閉合不良問題，問題出現(xiàn)后即使二次保護(hù)依然在運(yùn)行，也無法發(fā)揮出應(yīng)有的保護(hù)作用。也就是說，在線路數(shù)據(jù)故障后繼電保護(hù)二次回路的作用會失效，這也是需關(guān)注的問題之一。

2.2 容量破壞

容量破壞也是繼電保護(hù)二次回路的一類常見故障，主要是對部分裝置的使用年限帶來影響，同時(shí)因設(shè)備本身長期運(yùn)行后會出現(xiàn)逐漸老化問題，系統(tǒng)也可能出現(xiàn)一些異樣問題，因此會對電網(wǎng)的容量造成負(fù)面影響。

2.3 進(jìn)行負(fù)載檢修

在繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行時(shí)要針對電流的互感器負(fù)載做好控制，確保電流的互感器勵磁電流小于額定值。如技術(shù)人員檢修過程中遇到這個(gè)問題需對負(fù)載進(jìn)行調(diào)整。目前這項(xiàng)工作一般是借助線路電阻降低和電流互感器勵磁電流降低等方法進(jìn)行，同時(shí)配合開展對設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控工作，避免出現(xiàn)故障問題。這可引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的使用，配合傳感器設(shè)備搜集準(zhǔn)確的負(fù)載信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)現(xiàn)對這個(gè)問題的有效控制。

2.4 進(jìn)行質(zhì)量審查

主要是繼電保護(hù)二次回路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜也較大，需的內(nèi)部部件較精密，其質(zhì)量直接影響到整個(gè)二次回路的質(zhì)量。對此需進(jìn)行嚴(yán)密的質(zhì)量檢查工作。尤其是對電流互感器的選擇，要建立在對電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)二次回路運(yùn)行需求的了解基礎(chǔ)上，以實(shí)際需求為標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)可選擇帶小縫隙而剩磁減少的電流互感器，這類互感器難以實(shí)現(xiàn)電流飽和，所以出現(xiàn)故障的可能很低，更易滿足質(zhì)量審查的要求。在選擇合適的設(shè)備后要妥善安裝電流互感器，確保實(shí)際的電流數(shù)據(jù)可維持在可控范圍內(nèi)，避免因電流檢查的不到位或電流控制不到位而引發(fā)問題，給二次回路造成損害[4]。

2.5 進(jìn)行維護(hù)檢查

在實(shí)際運(yùn)行中，如電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路的保護(hù)措施出現(xiàn)了突然性的失效或是緊急故障，便需派遣專業(yè)人員前往現(xiàn)場進(jìn)行處理，并協(xié)同監(jiān)督人員對處理的全過程和電力系統(tǒng)繼電保護(hù)二次回路的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄，以此來進(jìn)行問題的整理及處理方法的整理，為后續(xù)的工作展開提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持并形成應(yīng)急處理方法，減少后續(xù)問題的發(fā)生，保證電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)二次回路的長久安全穩(wěn)定運(yùn)行。

企業(yè)需加強(qiáng)對電力系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，借助先進(jìn)的傳感器設(shè)備等實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備運(yùn)行的動態(tài)化檢測，如安裝視頻監(jiān)控設(shè)備、紅外攝像頭等，與冶金電氣設(shè)備連接到一起建立起遠(yuǎn)程控制中心，設(shè)定好每種儀表的運(yùn)行參數(shù)和閾值要求，如儀表出現(xiàn)異常運(yùn)行情況，信息會傳輸給遠(yuǎn)程控制中心，由中心提出警報(bào)提醒故障問題的出現(xiàn)，要求工作人員關(guān)注和及時(shí)處理。遠(yuǎn)程控制中心的自動化運(yùn)轉(zhuǎn)也支持對故障部位、嚴(yán)重程度等的評估，實(shí)現(xiàn)人際互動，支持對故障數(shù)據(jù)的分析和處理。

另外還要注意改善改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，企業(yè)要完善規(guī)章制度的打造，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。對此要求明確各崗位上工作人員要先檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)房的溫濕度變化以及設(shè)備性能變化等，做好詳細(xì)的記錄；工作人員要定期總結(jié)和記錄每日的工作內(nèi)容、進(jìn)行整理，形成工作記錄檔案；要積極優(yōu)化工作環(huán)境，按區(qū)域劃分休息、工作區(qū)域，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.6 采取分流整定技術(shù)

目前電力系統(tǒng)覆蓋的線路一般會涉及到三個(gè)或以上的繼電保護(hù)整定。如為每一個(gè)開關(guān)都設(shè)置一級保護(hù)會帶來保護(hù)時(shí)限緊張的問題，進(jìn)而影響到各繼電保護(hù)設(shè)備之間的配合度。此時(shí)，針對常規(guī)線路采取兩段式過流保護(hù)時(shí)限就難以滿足電力系統(tǒng)應(yīng)用對于線路多級開關(guān)保護(hù)時(shí)限配合的要求。因此可選擇分級整定技術(shù)，按照保護(hù)安裝位置、接帶負(fù)荷性質(zhì)等的內(nèi)容將電網(wǎng)內(nèi)部的所有開關(guān)劃分為三個(gè)級別，然后進(jìn)行繼電保護(hù)整定，這樣可保證電網(wǎng)資源供應(yīng)的可靠性。具體的整定工作是配置三段帶低電壓閉鎖的過電流保護(hù)及一套具備充電保護(hù)功能的備用電源自動投入裝置，一段一時(shí)限母線充電保護(hù)，跳對應(yīng)母線斷路器。

在電力系統(tǒng)的支持下進(jìn)行線路繼電保護(hù)整定，從本質(zhì)上說是將就地保護(hù)與遠(yuǎn)方保護(hù)相結(jié)合的繼電保護(hù)方法，可在很短時(shí)間內(nèi)確定故障位置，并對故障采取及時(shí)的消除操作。具體來說，在電力系統(tǒng)的應(yīng)用下，借助遠(yuǎn)方視頻可視化展示的輔助作用，綜合使用縱聯(lián)式保護(hù)、階梯式保護(hù)、遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)、故障狀態(tài)差動保護(hù)、遠(yuǎn)方備用電源自動投入等功能，實(shí)現(xiàn)自動適應(yīng)、在線修改繼電保護(hù)方式、整定值。之后可實(shí)施雙主雙備配置方式，其中主保護(hù)由差動速斷保護(hù)+比例差動保護(hù)組成。如，某個(gè)手拉手電網(wǎng)調(diào)度自動化的線路繼電保護(hù)，在正常情況下線路由變電站供電、聯(lián)絡(luò)斷路器處于常開狀態(tài)，如斷路器出現(xiàn)非單相接地故障時(shí)，此時(shí)設(shè)置的線路繼電保護(hù)工作、跳開線路斷路器，成功將故障線路切除，從而排除故障。

一般傳統(tǒng)電網(wǎng)的線路是由兩段式過流保護(hù)構(gòu)成，作為線路相間故障的繼電保護(hù)裝置，會優(yōu)先選擇三相重合閘方式，經(jīng)過后者的多次重合有效隔離故障，并推動電力供應(yīng)的快速恢復(fù)。但在實(shí)際操作中，這個(gè)設(shè)備在多次重合操作時(shí)會對配電系統(tǒng)造成擾動。此時(shí)在電力系統(tǒng)的支持下線路繼電保護(hù)動作過程，就是利用調(diào)度數(shù)據(jù)可以可視化展示的系統(tǒng)，配置兩段復(fù)合電壓閉鎖的無方向過流保護(hù)方式。

這種方式下，復(fù)合電壓閉鎖元件選擇的是低壓側(cè)電壓的“或”邏輯，每段是否經(jīng)過這個(gè)元件閉鎖需要遵循控制字選擇，每段三時(shí)限，其中首時(shí)限跳開對應(yīng)側(cè)分段、次時(shí)限跳開對應(yīng)側(cè)、終時(shí)限跳開主變各側(cè)斷路器，這樣就能實(shí)現(xiàn)對故障狀態(tài)的差動與比例保護(hù)。簡單點(diǎn)說，每一個(gè)饋線分段開關(guān)位置都會設(shè)置一個(gè)帶有故障狀態(tài)變量的智能重合器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測在線電流值，如這個(gè)電流值超出限制的整定值設(shè)備會做出改變，也就是故障狀態(tài)變量從0變成1，此時(shí)設(shè)備的智能單元一端會以點(diǎn)到點(diǎn)的形式，主動將開關(guān)狀態(tài)、狀態(tài)變量以及記錄信號傳送給相鄰單元。之后相鄰單元會據(jù)此作出進(jìn)一步判斷,準(zhǔn)確識別出故障的區(qū)段，然后對故障部位進(jìn)行自動隔離處理，同時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)段的電力供應(yīng)。上述整個(gè)操作可保證電力資源供應(yīng)的恢復(fù)時(shí)效性，同時(shí)避免電網(wǎng)系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)遭受多次沖擊，進(jìn)而保證電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

綜上，新時(shí)期，社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于電力的需求進(jìn)一步提升，這給電網(wǎng)的供應(yīng)電力操作帶來更多的壓力，如沒有先進(jìn)系統(tǒng)和技術(shù)的支持可能出現(xiàn)較多的故障問題，影響到電力的穩(wěn)定供應(yīng)。