繼電保護的作用及故障處理方法

張　沖

[摘要]闡述繼電保護在供電系統中的作用,并對繼電保護故障及處理方法進行分析。

[關鍵詞]繼電保護 故障 處理

中圖分類號:TN-9文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0910005-01

一、前言

隨著電力系統的高速發展和計算機技術,通訊技術的進步,繼電保護向著計算機化、網絡化,保護、測量、控制、數據通信一體化和人工智能化方向進一步快速發展。與此同時越來越多的新技術、新理論將應用于繼電保護領域,這要求我們繼電保護工作者不斷求學、探索和進取,達到提高供電可靠性的目的,保障電網安全穩定運行。

二、繼電保護在供電系統障礙中的作用

(一)保證繼電系統的可靠性是發揮繼電保護裝置作用的前提

繼電系統的可靠性是發揮繼電保護裝置作用的前提。一般來說繼電保護的可靠性主要由配置合理、質量和技術性能優良的繼電保護裝置以及正常的運行維護和管理來保證。

(二)繼電保護在電力系統安全運行中的作用

繼電保護在電力系統安全運行中的作用主要有以下三點:

1.保障電力系統的安全性。當被保護的電力系統元件發生故障時,應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令,使故障元件及時從電力系統中斷開,以最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞,降低對電力系統安全供電的影響,并滿足電力系統的某些特定要求(如保持電力系統的暫態穩定性等)。

2.對電力系統的不正常工作進行提示。反應電氣設備的不正常工作情況,并根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同(例如有無經常值班人員)發出信號,以便值班人員進行處理,或由裝置自動地進行調整,或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。反應不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。

3.對電力系統的運行進行監控。繼電保護不僅僅是一個事故處理與反應裝置,同時也是監控電力系統正常運行的裝置。

三、繼電保護常見故障

電壓互感器二次電壓回路在運行中出現故障是繼電保護工作中的一個薄弱環節。作為繼電保護測量設備的起始點,電壓互感器對二次系統的正常運行非常重要,PT二次回路設備不多,接線也不復雜,但PT二次回路上的故障卻不少見。由于PT二次電壓回路上的故障而導致的嚴重后果是保護誤動或拒動。據運行經驗,PT二次電壓回路異常主要集中在以下幾方面:PT二次中性點接地方式異常;表現為二次未接地(虛接)或多點接地。二次未接地(虛接)除了變電站接地網的原因,更多是由接線工藝引起的。這樣PT二次接地相與地網間產生電壓,該電壓由各相電壓不平衡程度和接觸電阻決定。這個電壓疊加到保護裝置各相電壓上,使各相電壓產生幅值和相位變化,引起阻抗元件和方向元件拒動或誤動。PT開口三角電壓回路異常;PT開口三角電壓回路斷線,有機械上的原因,短路則與某些習慣做法有關。在電磁型母線、變壓器保護中,為達到零序電壓定值,往往將電壓繼電器中限流電阻短接,有的使用小刻度的電流繼電器,大大減小了開口三角回路阻抗。當變電站內或出口接地故障時,零序電壓較大,回路負荷阻抗較小,回路電流較大,電壓(流)繼電器線圈過熱后絕緣破壞發生短路。短路持續時間過長就會燒斷線圈,使PT開口三角電壓回路在該處斷線,這種情況在許多地區發生過。PT二次失壓;PT二次失壓是困擾使用電壓保護的經典問題,糾其根本就是各類開斷設備性能和二次回路不完善引起的。

電流互感器是供給繼電保護和監控系統判別系統運行狀態的重要組件。作為繼電保護對電流互感器的基本要求就是電流互感器能夠真實地反映一次電流的波形,特別是在故障時,不但要求反映故障電流的大小,還要求反映電流的相位和波形,甚至是反映電流的變化率。而傳統的電磁式電流互感器是利用電磁感應原理通過鐵心耦合實現一、二次電流變換的。由于鐵心具有磁飽和特性,是非線性組件,當一次電流很大,特別是一次電流中非周期分量的存在將使嚴重飽和,勵磁電流成幾十倍、幾百倍增加,而且含有大量非周期分量和高次諧波分量,造成二次電流嚴重失真,嚴重影響了繼電保護的正確動作。由電工基礎理論可知,電流互感器在嚴重飽和時,其一次電流中的直流分量很大,使其波形偏于時間軸的一側。鐵心中有剩磁,且剩磁方向與勵磁電流中直流分量產生的磁通方向相同,在短路電流直流分量和剩磁的共同作用下,鐵心在短路后不到半個周期就飽和了。于是,一次電流全部變為勵磁電流,二次電流幾乎為0。由于電流互感器嚴重飽和,使其傳變特性變差甚至輸出為0,才導致了斷路器保護的拒動,引起主變壓器后備保護越級跳閘。

針對目前微機繼電保護裝置自身的特點,造成了微機保護裝置故障一般有以下這些原因:電源問題,比如電源輸出功率的不足會造成輸出電壓下降,若電壓下降過大,會導致比較電路基準值的變化,充電電路時間變短等一系列問題,從而影響到微機保護的邏輯配合,甚至邏輯功能判斷失誤。尤其是在事故發生時有出口繼電器、信號繼電器、重動繼電器等相繼動作,要求電源輸出有足夠的功率。如果現場發生事故時,微機保護出現無法給出后臺信號或是重合閘無法實現等現象,應考慮電源的輸出功率是否因元件老化而下降。對逆變電源應加強現場管理,在定期檢驗時一定要按規程進行逆變電源檢驗。干擾和絕緣問題,微機保護的抗干擾性能較差,對講機和其他無線通信設備在保護屏附近使用,會導致一些邏輯元件誤動作。微機保護裝置的集成度高,布線緊密。長期運行后,由于靜電作用使插件的接線焊點周圍聚集大量靜電塵埃,可使兩焊點之間形成了導電通道,從而引起繼電保護故障的發生。

四、繼電保護故障處理方法

(一)替換法

用好的或認為正常的相同元件代替懷疑的或認為有故障的元件,來判斷它的好壞,可快速地縮小查找故障范圍。這是處理綜合自動化保護裝置內部故障最常用方法。當一些微機保護故障,或一些內部回路復雜的單元繼電器,可用附近備用或暫時處于檢修的插件、繼電器取代它。如故障消失,說明故障在換下來的元件內,否則還得繼續在其他地方查故障。

(二)參照法

通過正常與非正常設備的技術參數對照,從不同處找出不正常設備的故障點。此法主要用于查認為接線錯誤,定值校驗過程中發現測試值與預想值有較大出入又無法斷定原因之類的故障。在進行回路改造和設備更換后二次接線不能正確恢復時,可參照同類設備接線。在繼電器定值校驗時,如發現某一只繼電器測試值與其整定值相差甚遠,此時不可輕易判斷此繼電器特性不好,或馬上去調整繼電器上的刻度值,可用同只表計去測量其他相同回路的同類繼電器進行比較。

(三)短接法

將回路某一段或一部分用短接線接入為短接,來判斷故障是存在短接線范圍內,還是其他地方,以此來縮小故障范圍。此法主要用于電磁鎖失靈、電流回路開路、切換繼電器不動作、判斷控制等轉換開關的接點是否好。

(四)直觀法

處理一些無法用儀器逐點測試,或某一插件故障一時無備品更換,而又想將故障排除的情況。10KV開關拒分或拒合故障處理。在操作命令下發后,觀察到合閘接觸器或跳閘線圈能動作,說明電氣回路正常,故障存在機構內部。到現場如直接觀察到繼電器內部明顯發黃,或哪個元器件發出濃烈的焦味等便可快速確認故障所在,更換損壞的元件即可。

(五)逐項拆除法

將并聯在一起的二次回路順序脫開,然后再依次放回,一旦故障出現,就表明故障存在哪路。再在這一路內用同樣方法查找更小的分支路,直至找到故障點。此法主要用于查直流接地,交流電源熔絲放不上等故障。如直流接地故障。先通過拉路法,根據負荷的重要性,分別短時拉開直流屏所供直流負荷各回路,切斷時間不得超過3秒,當切除某一回路故障消失,則說明故障就在該回路之內,再進一步運用拉路法,確定故障所在支路。再將接地支路的電源端端子分別拆開,直至查到故障點。如電壓互感器二次熔絲熔斷,回路存在短路故障,或二次交流電壓互串等,可從電壓互感器二次短路相的總引出處將端子分離,此時故障消除。然后逐個恢復,直至故障出現,再分支路依次排查。如整套裝置的保護熔絲熔斷或電源空氣開關合不上,則可通過各塊插件的拔插排查,并結合觀察熔絲熔斷情況變化來縮小故障范圍。

五、結束語

繼電保護是電力系統安全正常運行的重要保障,目前已經得到了廣泛的應用,隨著科學技術的不斷進步,繼電保護技術日益呈現出向微機化,網絡化,智能化,保護、控制、測量和數據通信一體化發展的趨勢。

作者簡介:

張沖(1973-),男,貴州湄潭人,工程師,廣東電網公司深圳供電局安全監察部安全生產風險管理體系推進辦公室副主任,南方電網公司《安全生產風險管理體系》主要起草人之一,一直致力于現代安全管理體系研究和應用工作,對安全生產的規范化、系統化和前瞻性管理以及電力生產作業風險的評估和控制工作積累了豐富的實踐經驗。