变电站继电保护故障问题及排除策略研究

学术论文张同尊 刘行等 2018-11-29 09:52:04
    变电站是电力输变电系统中的重要组成部分。为保证运行设备安全,变电站中,特别是高电压等级的变电站配置了冗余的、环环相扣的、复杂的继电保护系统。由于其配置及接线的复杂性,继电保护故障经常有隐蔽性,故障排除工作难度较大。
    继电保护按构成设备可以分为继电保护装置、二次回路、相关辅助设备,按被保护设备可以分为线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护、电抗器保护等。为了便于分析比较,本文按构成设备对工作中遇到的故障进行分类总结。
    一、继电保护装置故障及其应对措施
    继电保护装置是继电保护系统的大脑,通过计算分析、特征量比较识别故障点位置及故障类型,并采取针对性的措施有效隔离故障。微机保护装置主要由五部分组成,分别是数据采集系统、运算处理系统、输入/输出系统、人机接口及电源系统。其常见故障及应对措施如下:
    1、保护装置软件存在缺陷。不同厂家的保护装置,其实现方法、原理特别是判别故障的算法及逻辑不尽相同。运行中曾出现某型号失灵保护装置,在试验完毕后其出口节点自保持,需通过装置断电重启后才能复归;某型号母差保护装置运行中会时常误发CT断线闭锁告警型号,故障情况下可能会导致装置误动或拒动。
    应对措施:随着微机保护装置在电力系统中多年运行的积累,保护装置的版本不断更新,装置原理已十分成熟,一般情况下其保护原理、逻辑都能正确工作,但不排除运行中一些异常情况下可能出现的逻辑漏洞。对于新入网的保护装置,应加强入网检验及现场检验。对于保护装置新的软件版本,应注意比较与旧版本的区别,仔细校验。在定期检验时应注意查看保护装置运行的历史记录,及时发现装置运行过程中曾经出现的异常现象,及早消除事故隐患。
    2、保护装置硬件故障。实际中运行时间较长的保护装置,特别是服役接近或超过十年的保护装置电源模块,经常会出现装置“运行灯”熄灭。
    电力电子技术的不断发展、完善,使得微机保护装置的整体可靠性不断提升。但由于发热、老化,电子元器件均存在使用寿命问题。这一点在微机保护中,特别是采用电子元器件较多的装置电源模件,现象尤为突出。通常情况下,电子元器件的寿命为7~10年左右,因此,相关规定中明确提出,微机保护装置的开关电源模件宜在运行6年后予以更换。
    二、继电保护二次回路故障及其排除
    常规变电站中,保护装置通过二次回路获取被保护设备的运行工况、作用于被保护设备的断路器、与监控、其他保护进行信息交互。继电保护二次回路主要包括直流电源回路、交流电压电流回路、控制回路、与其他保护配合的二次回路及相关监控、故障录波信号回路。二次回路常见的故障主要有:
    1、直流接地故障
    直流接地故障是一种较为常见的故障。变电站中直流两点接地,可能或造成断路器跳闸或拒动,影响电网安全稳定运行。变电站中造成直流接地故障的原因很多,较为常见的有电缆线芯绝缘被破坏,电缆线芯带电触碰金属外壳、接地铜排等设备接地部分,接线端子绝缘老化,变压器本体保护二次接线盒内潮湿导致绝缘降低等。
    为了避免直流接地故障发生,应加强绝缘检查,特别是注意端子箱、机构箱、变压器本体二次接线盒等防雨防潮措施检查。需要指出的是,加装加热器、烘潮器等是常见的端子箱、机构箱防潮措施,但有些加热器、烘潮器受设计或端子箱、机构箱空间结构限制,安装位置不合理,距离电缆很近,会加速电缆绝缘老化,给运行带来安全隐患。
    在保护改造过程中,对于需要拆除的电缆,要两侧同时拆除,避免遗漏造成废弃电缆带电。
    2、两组直流回路串电
    220kV及以上电压等级的变电站,其直流通常具有两组相互独立的直流系统,以提高可靠性。两组直流回路串电,将影响两组直流系统的独立性,降低可靠性。此时若发生直流接地故障,则同时影响两组直流系统运行,还可能造成保护误动。
    目前绝大部分直流电源均配有直流接地绝缘监测系统,当发生直流接地或两组直流串电故障时,通常能够及时发出告警信号。排除直流接地故障的困难之处在于查找接地点或串电故障点。直流回路存在于变电站中各电压等级的每一个断路器的控制回路、每一个元件的信号回路。早期人们查找直流接地时,由于技术手段不发达,只能采用逐一拉路的办法,即断开一组直流电源,观察直流接地是否消失,若无则恢复该组直流电源,继续断开下一组直流电源,逐一排除。现在借助先进的仪器,能够在不断电的情况下确定接地点位置,方便了维护人员。但对于接地点接地电阻较大或接地不稳定的情况,仪器通常不能正常识别,值得进一步研究。
    3、二次寄生回路
    寄生回路是二次接线中的一种常见问题,常发生在控制回路中。在“六统一”实施之前,为了提高保护的可靠性,保护装置之间的回路联系较多,如相互闭锁回路、启动失灵回路等,也较为复杂。控制回路中,一些断路器机构,特别是液压机构断路器,其闭锁回路需要利用操作电源作为驱动,且压力低告警、压力低闭锁重合闸、闭锁合闸、闭锁跳闸等回路较多,加之机构自带的防跳回路、非全相回路,回路复杂,接线过程中稍不注意,就会形成寄生回路。寄生回路可能导致两组直流串电、断路器分合过程中不正确动作、位置指示不正确等问题,危害性较大。因此,防止寄生回路一直是保护专业的一项重要工作。有些寄生回路暴露的问题较为明显,容易被发现,有些寄生回路具有隐蔽性,在某些特定的情况下才会暴露。运行维护工作中,需要特别注意二次回路接线的正确性。
    4、交流电压电流回路接地不规范引发的保护装置误动或拒动。
    交流电压电流回路的正确性是保护装置测量正确的基础。因此,相关规程中明确规定,交流电压电流回路变动后,需定相、测试六角图,核对相序及回路接线的正确性。接线正确性不易判别的零序电压、零序电流回路,目前保护装置已不再接入。
    需要注意的是,为了防止感应产生高电压,交流电压、电流二次回路均要求接地且必须为一点接地。定相、六角图测量只能保证回路接线的正确性,而回路接地是否满足要求,在正常运行工况下,不易检测。交流电压、电流二次回路两点接地在正常运行时,影响很小,不易发现,但在故障情况下,由于短路电流很大,在地网中通过的电流很大,电流回路两点接地会导致两个接地点间产生分流,影响电流的正确性;电压回路两点接地会导致两个接地点的中性点间存在电压差,影响装置测量电压的正确性。交流电压、电流回路两点接地均可能导致保护装置不正确动作,扩大事故范围。
    三、相关辅助设备故障
    相关辅助设备也是继电保护的重要组成部分,如收发信机、2M通信接口装置等通道设备,为继电保护装置功能实现提供通信通道,使得不同地点的保护装置之间能够交换信息。常见的辅助设备故障主要有2M接头接触不良,尾纤接头熔接质量不高等。为避免此类故障,调试过程中应对通道进行全面测试,确保通道中各个环节工作正常可靠。
    四、结语
    尽管智能变电站发展势头迅猛,未来几年的时间里常规变电站仍在电力系统中占据绝大多数。常规变电站继电保护的运行维护是一项重要工作。本文中,归纳总结了常规变电站中继电保护的常见故障及应对措施。希望能够为继电保护的日常运行维护工作提供参考。
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