变电站继电保护缺陷分析及消缺措施研究

变电站继电保护缺陷分析及消缺措施研究

刘航

国网浙江杭州市余杭区供电有限公司 311199

摘要：随着变电站建设的不断深入，继电保护系统开始大范围投入智能变电系统中，成为变电输送和电力管理中的重中之重。该系统能够利用自动投切装置实现变电调配，依照信息交互中的关键数据实时调整变电站运行状态，全面提升了变电站的安全效益和经济效益。但受环境因素、技术因素等影响，继电保护系统可能会出现误动或拒动，严重时甚至退出运行，致使变电站发生重大事故。消除变电站继电保护缺陷，降低智能控制风险已刻不容缓。

关键词：变电站;继电保护;缺陷分析;消缺措施;

引言

电力系统与人们的日常生活精密相连，电力故障的产生会带来极大的影响力，主要包括社会稳定、人民生活和社会经济等等。例如，2014年美加大因停电直接或间接影响到人们的生活，人数直达5000万，经济损失高达300多亿元；2012年7月30日，印度北部电网的停电使印度本地人口遭到了极大损伤，有近30%的人生活受到影响；后来北部和东部再次停电，影响人口上升到了50%，这次的停电事故为地球了影响人口量最高的一次。北美电力委员会通过近17年的停电事故调查发现，近63%的电力系统发生大规模停电是由于继电保护方面存在失误而引起的。所以，为了防止电网再次产生这样的重大事故，需不断增强继电保护系统的可靠性。

1变电站继电保护设备的结构组成

以传统变电站为例，继电保护设备硬件设计采取插件结构，基于硬件平台针对不同的保护对象加载相应软件实现保护功能。1)中央处理器：联系与控制各个模块，确保设备正常运行并完成预定的各项功能。2)模拟量采集模块：采集电压电流等模拟量，通过输入变换、滤波、保持、多路及数模转换等环节实现模拟量与数字量之间的转换。3)数字量输入模块：收集触点信息，做好设备间的光电隔离和缓冲。4)数字量输出模块：实现保护动作，发出跳合闸或告警信号。5)电源模块：提供设备工作电源。6)数据通信模块：实现与其他设备或网络层间的数据传输。7)人机交互模块：显示设备信息，便于工作人进行操作。

2继电保护装置基本要求

在继电保护运行维护期间，工作人员必须深入了解装置特性与基本要求，将其作为开展后续运行维护工作的主要依据。例如，当检查到继电保护装置未满足基本要求时，及时更换全新装置，将原有装置退役报废处理或进行返厂检修，以满足电力系统的继电保护需求。继电保护装置的基本要求包括：第一，可靠性。在满足保护动作触发条件时，要求继电保护装置可以在限定时间内快速执行保护动作，禁止装置出现误动与拒动现象。第二，选择性。在电力系统出现异常运行现象时，装置应选择性断开与故障点最近的开关设备，如果所断开设备选择不当，将扩大实际的停电范围，影响到其他无故障部分的运行状态。第三，灵敏性。要求所配置继电保护装置具有良好的监测精度及灵敏系数，装置可以第一时间发现所保护区域内出现的设备故障与异常现象，并执行相应的保护动作。第四，快速性。在电力系统出现运行故障后，继电保护装置应在限定时间内以最快速度执行跳闸等保护动作，断开故障设备与无故障部分的连接。

3变电站继电保护缺陷分析

3.1干扰故障

干扰故障是继电保护装置运行中比较多见的一类故障，主要是由于静电干扰或电磁辐射干扰所造成的一类运行故障。在日常使用一些类型的通信装置与设备期间会不可避免地产生一些电磁辐射，由于继电保护装置本身具有比较高的灵敏性，所以这些电磁辐射会影响继电保护装置的正常运行，如使其出现错误动作，进而会对电力系统运行质量带来不利影响。又或者，电厂工作人员身上本身存在静电，它们会在接触到电路过程中出现放电情况，这样同样可能会使继电保护装置因为错误信号诱导而出现误动情况，进而会对变电站内部电力系统的可靠运行带来不利影响。

3.2数据传输

一般说来，智能变电站的日常工作均无法脱离交换机的支持，智能变电站对交换机的依赖性相对较强。智能变电站组网中数据信息传输流量相对较小，而如何充分发挥智能变电站的应用优势，优化技术手段，得到越来越多从业人员的关注及重视。即便具体作业期间合理应用数据传输技术能扩大数据信息的传输流量，但是此类技术属于强制性增加数据信息传输流量的方法，存在影响数据信息处理能力的可能性。同时，现阶段我国智能变电站发展速度相对迅猛，尽管工业以太网交换机稳定性较强，但其稳定性仍有待提升，一旦具体工作期间深受各方面因素的影响则极易出现无法满足变电站实际工作需求的问题。

3.3内部故障

内部故障是变电站内部继电保护装置中比较多发的一类故障，主要表现在如下几个方面：①接点故障。接点如果存在异常消耗情况，或者接触不良情况，都容易直接影响继电保护装置的正常运行。比如，接点部位被硫化物所腐蚀，影响该部位的质量。②差拍问题。差拍问题是继电保护装置出现电压异常等问题所造成的，如继电器电压是否满足规定标准与要求等；③装置元件故障。该故障也会直接影响继电保护装置的继电保护作用实现，进而会对变电站内部电力系统的正常运行带来不利影响。

3.4外界因素

由于电力系统中智能变电站所占据的范围渐渐扩大，客观上要求相关技术人员秉持实事求是的工作原则，以保证智能变电站作用正常发挥为前提条件，灵活运用光纤通信技术，提高变电站作业效率。光纤通信技术被广泛应用于智能变电站，但是受光纤通信技术应用范围持续扩大的影响，可能造成变电站继电保护装置遭受不同程度的破坏，难以保证其运行有序性。结合智能变电站生产设备可发现，生产设备所处自然环境存在缺陷是造成智能变电站机电保护安全性不足问题的主要原因，尤其是现有的电力生产设备均需要使用光纤完成连接，一旦光纤受损则直接影响电力生产效率。

4变电站继电保护的消缺措施

4.1主要方案

变电站继电保护过程中必须根据风险项做好消缺防控，如直流接地缺陷处理时应按照拉路法第一时间确定接地点，然后逐一分段处理，确保各回路恢复正常;控制回路断线缺陷处理过程中要按照层次分析法有效评估风险项，按照项目经验及专家评估结果合理开展现场拆检，逐项逐次测试，观察控制回路中的各个单元运行情况并进行处理，从而有效消缺;保护装置异常消缺时则应在元件实际运行情况基础上开展性能测试，根据变电站继电保护中的各项要求增设对应保护单元，从而保证各项继电保护功能均运行正常;通道故障中则往往要根据有线通信和无线通信情况设置纵联差动保护，并开展通信测试。必要时还可以选用2M通信方式，可根据实际状况合理优化和调整。

4.2优化和完善保护配置方案

设计智能变电初期，应充分收集和分析系统资料，对全站继电保护配置进行系统性论证。一般情况下，应对110kV（重要设备）及以上电压等级设备配置双套主保护，以提升继电保护系统的可靠性、稳定性。以线路为例，随着电网的发展和通信网络构架的完善，在高电压等级电网线路上配备双套纵联差动保护越来越普遍。纵联差动保护只有保护区内故障时才动作，不存才与下一级线路配合的情况，可快速切除全线任何一点故障，确保系统运行的稳定性。通过优化继电保护系统配置方案，可提升变电站系统的稳定性和可靠性。

4.3灵活选择故障诊治方法

在现阶段的继电保护故障处理过程中，首先需要通过诊断分析来明确相应故障的类别、位置及诱因等，之后才能够采取可靠的故障处理措施加以处理。而现阶段的故障诊断方法比较多，常用的包括如下几类：（1）短接法。该种故障诊治方法是对继电保护故障范围进行缩小的一种常用方法，具体就是将回路当中的一部分或一段采用短接线的方式接入，以此来判断相应的故障处于短接线范围之外或是之内。该种故障诊治方法主要适用于对电流回路开路情况，或者电磁锁失灵情况等进行判断。（2）元件替换法。该法主要是采用正常的继电保护系统元件来将出现故障问题的元件替换下来，以此来缩小故障诊断的范围，提高故障诊断效率，是现阶段继电保护故障诊断及处理中比较多用的一种诊断方法。（3）仪器法。主要是借助继电保护装置测试仪这种专用的设备对变电站的继电保护装置的运行情况进行检测，以此可以高效地或缺相关的继电保护装置运行工况。（4）参照法。该法是通过对比分析不同设备技术参数的方式来明确出现故障问题设备的故障位置，主要适用于对接线错误进行检查，尤其是在开展定值校验期间如果发现预想值和测试值之间存在较大出入却无法对相应故障诱因进行判断的一类故障。（5）分析法。该法主要是通过回路测量的方式来对线路是否存在短路或断路问题进行测定。在实际的故障测量及分析过程中，需要运用万用表等测量工具来对相应的线路上的电流、电压等相关指标进行逐次排查及分析，判断其合理性，以此来逐步确定相应的故障位置所在。

4.4控制回路断线消缺

一般控制回路断线消缺时应先更换损坏元件、老化线路等，然后加固松动按钮、接线，最后，调整并优化控制回路。本次220kV甲线主一保护装置升级及本体三相不一致回路整改过程中可在原线路基础上增加跳位监视回路，保证其与机构防跳回路电阻搭配恰当，形成有效防跳保护。并针对继电保护控制回路需求合理选择K3继电器，在K3继电器两端加65V电压，使励磁动作恢复正常，从而有效解决本项目中的控制回路断线故障。

结束语

变电站继电保护消缺过程中应根据不同原因对症下药，形成合理的处理方案，这样才能够从根本上提升继电保护系统的安全性、稳定性和可靠性，实现继电保护效益的最大化。尤其是在控制回路断线和保护装置异常时，要有效查找事故原因，分析造成缺陷的内在和外在因素，针对实际继电保护需求合理优化和改善处理方案，避免变电站继电保护二次故障。

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