智能變電站繼電保護二次回路檢修方法探討

[關(guān)鍵詞]智能變電站；繼電保護；二次回路；檢修方法

引言

繼電保護二次回路是變電站的重要組成部分，發(fā)揮著檢測電力設(shè)備運行狀態(tài)、自動展開保護動作的重要作用，二次回路穩(wěn)定與否直接關(guān)乎變電站投運情況，其重要性不言而喻。目前，智能變電站結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行要求較高，必須認真梳理繼電保護二次回路常見故障，采取科學(xué)的檢修措施，提高檢修效果，確保變電站運行安全。

一、智能變電站繼電保護二次回路概述

（一）基本構(gòu)成

繼電保護二次回路由多種類繼電保護裝置與配套線路共同構(gòu)成，繼電保護裝置包括電流互感器、斷路器分閘線圈、電壓互感器等，主要功能是監(jiān)測站內(nèi)一次設(shè)備運行狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)異常問題后立即展開保護動作。以繼電保護二次回路發(fā)揮的作用作為二次回路的分類依據(jù)，具體可以分為開出回路、信號回路、開入回路、控制回路、保護交流回路以及電源回路，各類二次回路的檢修內(nèi)容、標準要求存在明顯差異，要根據(jù)項目要求選擇適宜的繼電保護二次回路。

（二）常見故障形式

繼電保護二次回路故障種類多，各類故障的表現(xiàn)形成、形成原因與有效診斷維修方法不同。如果檢修人員不了解故障形式和原理，盲目開展檢修作業(yè)，不僅會降低作業(yè)效率，還會遺漏一些隱性故障問題，致使繼電保護裝置頻繁出現(xiàn)誤動、拒動現(xiàn)象。對此，檢修人員必須認真收集、分析故障案例，妥善做好前期準備工作，全面掌握所有二次回路的典型故障問題，查找存在的所有故障隱患。例如，對于電流回路，常見故障形式包括相間短路、交叉相序、線路虛接、接觸點生銹污染以及間隔錯誤。對于開關(guān)量回路，常見故障形式包括無開入公共端電源、標識錯誤、虛接和短接。而對于電壓回路，常見故障形式包括交叉相序、零線懸空、空開錯誤以及相電壓虛接。

（三）檢修問題

智能變電站項目中傳統(tǒng)檢修方法不適用，檢修工作存在流程繁瑣、故障預(yù)測不準確等問題，無法進一步提升檢修水準與效率。其中，流程繁瑣主要表現(xiàn)在傳統(tǒng)檢修方法高度依賴人工參與，檢修人員使用到示波器、萬用表等工器具，逐一測量校準所有二次回路，檢修過程費時費力，偶爾因操作疏忽、遺漏步驟而導(dǎo)致檢修結(jié)果與二次回路使用狀態(tài)存在出入，需要應(yīng)用到智能化工具，輔助人工高效檢修，如配備多種類傳感器，直接采集現(xiàn)場監(jiān)測信號，無需手動測量獲取數(shù)據(jù)。故障預(yù)測不準確是由于過于依賴檢修人員的主觀判斷，缺少對二次回路狀態(tài)評估的量化指標，很難及時察覺到潛在故障隱患，而是等待繼電保護裝置出現(xiàn)拒動、誤動等異常情況后，才能確定故障性質(zhì)與采取相應(yīng)處理措施，故障持續(xù)期間對智能變電站運行工況造成一定程度的沖擊。為滿足日益提高的檢修需求，必須推動檢修技術(shù)向智能化、標準化方向發(fā)展。

二、智能變電站繼電保護二次回路的檢修方法

（一）保護裝置調(diào)試檢查

在保護裝置調(diào)試檢查環(huán)節(jié)，重點掌握前期準備、外觀檢查、設(shè)備校驗、恢復(fù)安全措施、智能測試五方面的檢修操作要點，具體如下：

第一，前期準備。提前準備包括作業(yè)指導(dǎo)書、定值單、設(shè)備臺賬在內(nèi)的圖紙資料，現(xiàn)場配備各類工器具，如保護校驗儀、絕緣搖表、萬用表和試驗數(shù)據(jù)線。為確保作業(yè)安全，檢修人員開啟電流回路端子與電壓回路端子，記錄空氣開關(guān)原始位置和原始壓板位置，把電流回路端子撥片劃開緊固。第二，外觀檢查。按順序依次檢查保護屏、壓板、屏蔽接地、插件外觀以及絕緣電阻值，通過目視觀察和儀表測量方法，判斷是否存在明顯質(zhì)量問題。一般情況下，重點檢查保護屏接線是否存在機械損傷，檢查壓板是否具備足夠間距和投入后是否可靠連通回路，檢查屏蔽電纜兩端是否接入接地網(wǎng)，檢查插件焊點部位是否存在焊接缺陷，測量交流電流回路等多條回路的絕緣電阻值是否超過1M Ω。第三，設(shè)備校驗。緩慢升降直流電源，輸入修改整定值進行定值核對，觀察信號復(fù)歸與重合閉鎖期間的變位顯示信息和輸入信息是否相互匹配，向回路內(nèi)加入電壓電流采樣量，要求采樣結(jié)果和測量值誤差不超過5%，零漂不超過0.05V。同時，對線路保護定值進行校驗，要求過流保護與過負荷保護的整定值誤差控制在5%以內(nèi)，重合閘方式與動作時間和定值單完全相同。第四，恢復(fù)安全措施。完成調(diào)試檢查作業(yè)后，恢復(fù)各項安全措施，如恢復(fù)電流／電壓回路中的測量回路電流端子與保護回路電流端子，恢復(fù)空氣開關(guān)原始位置，恢復(fù)壓板原始位置，確保繼電保護二次回路正常運行，可以在保護對象出現(xiàn)運行故障后迅速展開保護動作。第五，智能測試。針對變電站二次設(shè)備智能化升級問題，早期調(diào)試檢查作業(yè)指導(dǎo)書缺乏參考價值，著手新編智能設(shè)備調(diào)試指導(dǎo)書，創(chuàng)新測試方法。例如，對于SV回路，SV采樣設(shè)備從采樣板變更為合并單元，二次模擬數(shù)據(jù)以數(shù)字量發(fā)送給保護設(shè)備，需要采取雙重化檢驗技術(shù)，率先使用傳統(tǒng)保護測試儀來檢驗電纜回路，再使用數(shù)字保護測試儀來檢驗光纖數(shù)字回路。

（二）回路狀態(tài)檢查

檢修人員對開入回路、開出回路、電源回路、控制回路在內(nèi)的全部繼電保護二次回路使用狀態(tài)進行細致檢查，必須掌握正確檢修要點，嚴格按照作業(yè)指導(dǎo)書內(nèi)容開展操作，避免出現(xiàn)違規(guī)操作與錯誤操作行為。回路狀態(tài)檢查方法如下：

第一，母線保護跳線路斷路器回路檢查。把母線保護屏的差動保護壓板和斷路器首組線圈出口壓板投入運行，檢修人員操縱儀器設(shè)備來模擬差動動作，重點檢查線路保護重合閘放電情況、操作箱首組三相出口跳閘燈閃爍情況，以及斷路器三相跳閘是否重合。隨后，把斷路器首組線圈出口壓板更換為第二組線圈壓板，同樣采取重合閘“綜重方式”，模擬母線差動動作后，重點檢查斷路器三相跳閘是否重合、線燈是否閃爍。第二，遠跳開入回路檢查。把線路保護屏的距離保護壓板以及永跳出口壓板投入運行，距離Ⅱ段永跳設(shè)定為1，使用試驗儀來模擬距離Ⅱ段故障，核查線Ⅱ路保護遠跳開關(guān)是否為1。然后執(zhí)行上述操作步驟，直至完成所有回路檢查。第三，斷路器跳位開入回路檢查。檢修人員把斷路器機構(gòu)把手調(diào)整到遠方位置，確保斷路器處在跳閘位置，依次核對檢查線路保護各相跳位開入情況，以及輔助保護跳位開入情況，要求全部跳位開入均為1。

（三）性能檢測

在繼電保護二次回路性能檢測環(huán)節(jié)，以絕緣電阻、交流耐壓試驗、帶負荷校驗作為檢測項目，檢測方法如下：

第一，絕緣電阻檢測。在停電狀態(tài)下開展檢修作業(yè)，要求檢修人員切除回路內(nèi)全部交流電源和直流電源，拆除接地線，現(xiàn)場準備1000V兆歐表。確定無誤后，把兆歐表水平放置就位，短接表筆與搖動搖把，直到兆歐表指針歸零后，在二次回路接線端子和接地線上分別放置紅色與黑色表筆，按照其2r/s速度勻速搖動搖把，搖動時間控制在60s左右，記錄指針讀數(shù)，重復(fù)上述操作依次測量電壓回路、信號回路以及電流回路，要求絕緣電阻值在1MΩ以上。第二，交流耐壓試驗。等待線路更換完畢后，立即進行交流耐壓試驗，準備電抗器、變頻電源等裝置。檢修人員雙線檢查各類裝置是否存在故障問題。根據(jù)接線圖連接二次回路電纜與測試裝置，空載狀態(tài)下把放電電壓調(diào)整到1.1-12倍試驗電壓，保持2min后把電壓降低為0，切斷電源。隨后，通過限流電阻對高壓側(cè)進行短路接線處理，被試繞組上接入高壓引線，緩慢提升電壓，以每秒3%試驗電壓當(dāng)作升壓操作標準，試驗完畢后，把電壓歸零并斷開電源。第三，帶負荷校驗。以用電壓回路作為檢驗對象，準備鉗形電流表，測量電壓并列裝置與電壓互感器端子箱電壓值，測量各相電壓相位與幅值，用于檢驗設(shè)備工作情況。

（四）二次回路狀態(tài)評估

為及時察覺潛在故障隱患，必須建立一套二次回路狀態(tài)量化評估機制，基于狀態(tài)檢修技術(shù)來實現(xiàn)，強調(diào)根據(jù)所掌握歷史數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)，準確判斷繼電保護二次回路在未來一段時間的工作情況，提前察覺、消除故障隱患。在狀態(tài)檢修期間，開展二次回路監(jiān)測作業(yè)與電磁抗干擾監(jiān)測作業(yè)，二次回路監(jiān)測是根據(jù)檢測數(shù)據(jù)來判斷交流直流回路的絕緣良好程度、回路完整程度和各類元件完好程度；電磁抗干擾監(jiān)測是對全部干擾源、敏感元器件以及耦合途徑加以監(jiān)測，重點檢查移動通訊設(shè)備使用情況和二次設(shè)備接地狀況。隨后，把所有狀態(tài)量進行關(guān)聯(lián)分析，著手建立微機信息管理系統(tǒng)，對狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)進行歸集整理，綜合分析出廠試驗報告、故障記錄等歷史數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場檢修期間的實測數(shù)據(jù)，在其基礎(chǔ)上準確判斷二次回路健康程度和工作狀態(tài)，精準預(yù)測工作狀態(tài)的未來變化趨勢。最后，設(shè)立多項量化指標，明確各項指標的評價標準、權(quán)重分值。一般情況下，評價指標包括運行環(huán)境、操作箱無故障時間、抗干擾措施、二次回路紅外溫度、絕緣狀態(tài)、封堵狀況、二次電纜無故障時間和銹蝕狀況。以操作箱無故障時間指標為例，把同型號和同批次無故障時間作為指標內(nèi)容，實際無故障時間=運行時間／故障次數(shù)，預(yù)計無故障時間倍數(shù)=實際無故障時間／預(yù)計無故障時間，滿分為100分，此項指標分值設(shè)定為15分。按照總體評價結(jié)果，把繼電保護二次回路狀態(tài)判定為良好狀態(tài)、正常狀態(tài)、注意狀態(tài)或是異常狀態(tài)。

（五）巡視檢查在智能變電站項目，由于二次設(shè)備臺數(shù)眾多與運行環(huán)境復(fù)雜，二次回路故障問題有著突發(fā)性、隨機性的特征，任意時間、地點都有可能出現(xiàn)異常狀況。在檢修頻率較低、間隔時間過長的情況下，盡管采取了狀態(tài)檢修技術(shù)，仍舊無法確保在第一時間發(fā)現(xiàn)所有故障隱患。對此，要求檢修人員加大巡視檢查力度，定期在站內(nèi)開展常規(guī)巡視工作，必要情況下額外開展特殊巡視工作，對巡視內(nèi)容進行明確規(guī)定。第一，常規(guī)巡視。以繼電保護裝置和二次回路的外觀狀態(tài)與運行環(huán)境作為巡視內(nèi)容。檢修人員檢查現(xiàn)場運行環(huán)境是否正常，要求環(huán)境保持潔凈、良好通風(fēng)與溫濕度適宜條件，清理設(shè)備及其周圍灰塵，如果存在設(shè)備故障應(yīng)及時上報。重點檢查設(shè)備信號燈指示是否正常，以及電壓、電路等參數(shù)是否正常顯示。最后，重點檢查接線端子，要求端子排和元件標識滿足規(guī)范要求，端子觸點不存在接線松脫、脫落、虛接等質(zhì)量隱患。第二，特殊巡視。在變電站現(xiàn)場環(huán)境溫度偏高和空氣濕度偏高，或是繼電保護裝置在短時間內(nèi)頻繁出現(xiàn)拒動誤動情況時，額外組織開展特殊巡檢工作。在保證檢修人員自身安全的前提下，逐一檢查所有可能受到外部環(huán)境影響的繼電保護裝置及二次回路。例如，當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)大雪與強降雨等惡劣天氣時，必須檢查高頻通道與光纖通道運行工況，避免因通信中斷而導(dǎo)致控制回路功能發(fā)揮受限。

（六）故障處理

在繼電保護二次回路檢修期間，時常發(fā)現(xiàn)各類運行故障，要求檢修人員掌握各類典型故障問題的正確處理方法，第一時間在現(xiàn)場消除故障隱患，及早把繼電保護系統(tǒng)恢復(fù)到正常運行工況，通過縮短故障持續(xù)時間來提高智能變電站整體安全系數(shù)。一般情況下，二次回路典型故障問題包括絕緣層擊穿、越級跳閘、母線開關(guān)跳閘，處理方法如下：

第一，絕緣層擊穿。形成原因包括線路短路期間電流持續(xù)增大，線路工作溫度超出極限承受范圍，最終導(dǎo)致絕緣層在高溫條件下老化速度加快，被直接擊穿，以回路負荷驟然增加和溫度升高作為外在征兆。出現(xiàn)此項問題后，檢修人員立即開展調(diào)查工作與鎖定異常線路區(qū)段，判斷故障類型為短路或是斷路，根據(jù)線路受損程度，選擇更換全新線路或是加裝絕緣設(shè)備，處理完畢后，開展通電試驗，檢查二次回路、母線連接情況。第二，越級跳閘。形成原因在于二次回路出現(xiàn)斷線故障或是遭受嚴重打擊，致使運行參數(shù)異變，繼電保護裝置無法逐段切除變壓器。檢修人員立即鎖定二次回路異常區(qū)段，判定異常狀態(tài)為斷路或是短路?？蓢L試采取增加穩(wěn)壓電源方式來解決故障，重新恢復(fù)變壓器電壓穩(wěn)定狀態(tài)，再修復(fù)二次回路受損部位。第三，母線開關(guān)跳閘。形成原因包括開關(guān)回路設(shè)計不合理、保護線路線芯破損、錯誤操作行為，致使開關(guān)跳閘，相連母線上全部電力設(shè)備出現(xiàn)連鎖故障。出現(xiàn)母線開關(guān)跳閘故障后，檢修人員依托母線分段斷路器來處理故障問題，推薦采取分段恢復(fù)供電方法，在短時間內(nèi)恢復(fù)失壓中低母線正常供電狀態(tài)，并鎖定具體故障位置，更換嚴重受損的線路。同時，考慮到母線范圍內(nèi)全部電力設(shè)備都受到一定程度的損傷，必須逐一檢查各臺電力設(shè)備外部損傷情況，必要時更換全新設(shè)備。

結(jié)語

綜上所述，為順利建設(shè)新一代智能變電站，最大限度降低繼電保護裝置故障率，給站內(nèi)一次設(shè)備提供更加可靠的安全保護。電網(wǎng)公司必須加強對繼電保護二次回路檢修工作的開展力度，圍繞智能變電站特征，不斷改進現(xiàn)有的檢修方法手段。要求一線檢修人員熟練掌握裝置調(diào)試檢查、回路狀態(tài)檢測、性能檢測等多項方法，有序開展檢修作業(yè)，取得理想工作成果。