大電網(wǎng)繼電自動裝置的故障和適應(yīng)性問題

韋鄧

(廣西大化水電設(shè)備安裝檢修有限責(zé)任公司，廣西 河池 547300)

一、大型水電站繼電自動裝置面臨的挑戰(zhàn)和方向

大電網(wǎng)在安全運(yùn)行或在緊急狀態(tài)下，大型水電站為了防止產(chǎn)生大面積停電，分布設(shè)置了各種系統(tǒng)繼電保護(hù)、穩(wěn)定補(bǔ)救等自動化裝置。這些裝置的共同特點(diǎn)是“事先整定、實時動作、定期檢驗”。通過分析和計算，繼電保護(hù)根據(jù)電力系統(tǒng)最大、最小和相繼動作等運(yùn)行方式所計算確定的整定值，一般都在運(yùn)行預(yù)期范圍，保證了水電站電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

但是隨著我國電力市場的發(fā)展，電力壟斷格局逐漸打破后對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了一定的影響，具體表現(xiàn)在電力市場化交易，加入了眾多市場參與方，比如：監(jiān)管機(jī)構(gòu)、能量市場、獨(dú)立發(fā)電、大用戶、售電服務(wù)等。這些因素都給電網(wǎng)運(yùn)行增加了更加多變和不確定的因素。電力系統(tǒng)安全迎來一定的挑戰(zhàn)，從而對提高水電站繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定補(bǔ)救和無功補(bǔ)償提出了更高的要求。

當(dāng)前，電力系統(tǒng)運(yùn)行中最受關(guān)注的問題，就是如何在防止大面積停電和加速停電后的恢復(fù)控制的系統(tǒng)工作。根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)報道的數(shù)據(jù)顯示：近幾年導(dǎo)致的幾次大面積的停電的根本原因近半數(shù)直接或間接與繼電自動裝置有關(guān)。

二、大電網(wǎng)繼電保護(hù)事故的種類及繼電自動裝置的自適應(yīng)問題

1.繼電保護(hù)事故的種類

1.1 定值問題：微機(jī)保護(hù)有多個定值區(qū)，這極大方便了電網(wǎng)運(yùn)行方式變化情況下的定值更改問題。但是還必須注意的是定值區(qū)的錯誤對繼電工作來說是一大忌，必須采用嚴(yán)格的管理和相應(yīng)的技術(shù)手段來確保定值區(qū)的正確性。

1.2 電源問題：直流供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題有可能影響到微機(jī)保護(hù)的邏輯配合，甚至邏輯功能判斷失誤，導(dǎo)致保護(hù)拒動。尤其是在事故發(fā)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。

1.3 TA、TV及二次回路的問題：PT二次中性點(diǎn)接地方式異常，表現(xiàn)為二次未接地（虛接）或多點(diǎn)接地。TA飽和問題，現(xiàn)場因饋線保護(hù)因電流互感器飽和而拒動。

1.4 抗干擾問題：操作干擾、沖擊負(fù)荷干擾、直流回路接地干擾等問題

1.5 保護(hù)性能問題：裝置的功能和特性缺陷。

1.6 插件絕緣問題：長期運(yùn)行后，由于靜電作用使插件的接線焊點(diǎn)周圍聚集大量靜電塵埃，從而引起裝置故障或者事故的發(fā)生。

1.7 軟件版本問題：保護(hù)軟件版本的管理問題。

1.8 高頻收發(fā)信機(jī)問題：元器件損壞、抗干擾性能差等

1.9 誤碰及誤操作問題：兩票實施中存在的問題，大部分是不嚴(yán)格、不認(rèn)真執(zhí)行規(guī)程所造成的，安全思想淡薄，圖省事，存在僥幸心理，缺乏自我保護(hù)意識，把保證作業(yè)人員自身安全的措施和規(guī)定看作是上級領(lǐng)導(dǎo)的行政要求，不是自覺執(zhí)行，而是盲目隨從，甚至在執(zhí)行原則和執(zhí)行程序上也應(yīng)付了事，使兩票實施流于形式。

1.10 設(shè)計的問題：繼電保護(hù)組屏與配置原則的細(xì)節(jié)性問題。

1.11 接地問題。繼電保護(hù)工作中接地問題是非常突出的，大致分以下兩點(diǎn)：首先，保護(hù)屏的各裝置機(jī)箱屏障等的接地問題，必須接在屏內(nèi)的銅排上，一般生產(chǎn)廠家已做得較好，只需認(rèn)真檢查。最重要的是，保護(hù)屏內(nèi)的銅排是否能可靠地接入地網(wǎng)，應(yīng)該用較大截面的銅鞭或?qū)Ь€可靠緊固在接地網(wǎng)上，并且用絕緣表測電阻是否符合規(guī)程要求。

2、繼電自動裝置的自適應(yīng)問題

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)也力圖適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和故障狀態(tài), 能保證所有可能的正常和故障條件下, 保護(hù)都不會錯誤地切除被保護(hù)的設(shè)備, 卻存在以下兩個缺點(diǎn): 一是按最嚴(yán)重的條件確定保護(hù)定值方法設(shè)定的定值, 在其它運(yùn)行方式( 其中包括系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式) 下不是最佳的；另外在最小運(yùn)行或最不利的短路條件下, 保護(hù)可能失效或性能嚴(yán)重變差。繼電自動裝置的適應(yīng)性控制和隱藏故障、脆弱性不同，不屬于裝置本身的隱患。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的具有通信和編程能力的繼電自動裝置同樣提供解決以上問題的基礎(chǔ)，通過“事先整定、實時動作”的繼電自動裝置同樣能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)控制。但保護(hù)定值或穩(wěn)定的補(bǔ)救方案進(jìn)行設(shè)定和修改只能在離線進(jìn)行。

三、解決大電網(wǎng)水電站繼電保護(hù)裝置本身故障的途徑及提高繼電保護(hù)事故處理能力的途徑

1、解決大電網(wǎng)水電站繼電保護(hù)裝置本身故障的途徑

1.1、隱藏故障監(jiān)視及診斷

繼電保護(hù)保護(hù)裝置的隱藏故障與傳統(tǒng)硬件故障以及人為引起的故障不同，通常只有通過其它事件或故障才能揭露隱藏缺陷，為此應(yīng)定期進(jìn)行離線檢測確定繼電自動裝置是否有隱藏故障引發(fā)誤動等，隱藏故障反映更為明顯的還會表現(xiàn)為接線邏輯出錯，反之一切正常則可進(jìn)行常態(tài)化的在線監(jiān)測。基于同步相量測量及現(xiàn)代通信技術(shù) ,可以在 統(tǒng)一參考時間框架下測量電網(wǎng)各處的電流、電壓相量,這些帶有精確時標(biāo)的電流、電壓相量測量數(shù)據(jù)具有同步性、實時性、高速度、高精度和高可靠性等特點(diǎn) ,可以作為參考基準(zhǔn)。在大電網(wǎng)水電站內(nèi) , 繼電保護(hù)信息子站與各 PMU 及繼電保護(hù)裝置之間通過高速通信網(wǎng)相連 , 收集本大電網(wǎng)水電站內(nèi)繼電保護(hù)裝置和 PMU 的測量數(shù)據(jù) ,可實現(xiàn)站內(nèi)保護(hù)設(shè)備的隱藏故障診斷 ,但 不能實現(xiàn)站間繼電保護(hù)設(shè)備的診斷；通過繼電保護(hù)信息主站, 可同時收集電網(wǎng)內(nèi)不同地點(diǎn)保護(hù)裝置的測量信息和當(dāng)?shù)氐?PMU 測量信息 ,因此可實現(xiàn)對多端信息繼電保護(hù)系統(tǒng)的隱藏故 障診斷 。

1.2、電力系統(tǒng)脆弱性分析

由繼電自動裝置導(dǎo)致的電力系統(tǒng)脆弱性問題與隱藏故障不同，正常時保護(hù)接線邏輯正確，不能通過監(jiān)視事先發(fā)現(xiàn)問題。只有當(dāng)脆弱區(qū)發(fā)生故障、保護(hù)接線邏輯中有關(guān)部件失靈時才有所反映而改造成不希望的跳閘。因此，只能通過分析發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應(yīng)的安全對策。

1.3、提高繼電自動裝置的自適應(yīng)水平

常規(guī)繼電保護(hù)的整定值是通過離線計算獲得，而且在運(yùn)行中保持不變，不能很好滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式和故障類型變化的要求，從而不同程度地降低了繼電保護(hù)性能的發(fā)揮。且繼電保護(hù)需要適應(yīng)頻繁變化的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，正確切除各種故障及設(shè)備，而自適應(yīng)繼電保護(hù)能在參數(shù)變化時保持系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)特性。計算機(jī)技術(shù)是自適應(yīng)繼電保護(hù)發(fā)展的基礎(chǔ)。只有用計算機(jī)來構(gòu)成保護(hù)裝置,自適應(yīng)保護(hù)才可能具有真正意義的自適應(yīng)性能;只有在計算機(jī)技術(shù)得到巨大發(fā)展,使得計算機(jī)繼電保護(hù)在電網(wǎng)中的普遍應(yīng)用及計算機(jī)在電力系統(tǒng)其它領(lǐng)域的廣泛使用,才可能真正具有實際應(yīng)用價值的自適應(yīng)保護(hù)。且為了適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行情況和故障條件的變化,自適應(yīng)保護(hù)有必要獲得更多的信息, 并對它們進(jìn)行分析處理,這就要求微機(jī)保護(hù)的硬件具有更快的運(yùn)算速度和更強(qiáng)的記憶能力。自適應(yīng)繼電保護(hù)系統(tǒng)能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化信息和故障類型信息實時改變保護(hù)性能、特性或定值，使得繼電保護(hù)系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)、更充分地發(fā)揮其性能，以提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的選擇性、速動性、可靠性和靈敏性。其主要作用是通過計算機(jī)系統(tǒng)加上具有通信能力的協(xié)作層后，當(dāng)預(yù)防性控制軟件發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、需對有關(guān)保護(hù)定值或穩(wěn)定補(bǔ)救方案進(jìn)行修改和調(diào)整時，就可依靠外部知識協(xié)作、對反應(yīng)參數(shù)或程序進(jìn)行修改和調(diào)整，以提高裝置的適應(yīng)性水平。

2、提高繼電保護(hù)事故處理能力的途徑

2.1 正確充分利用微機(jī)提供的故障信息，正確對待人為事故，尤其要充分利用故障錄波和時間記錄。

2.2 掌握足夠必要的理論知識

為了根據(jù)保護(hù)及自動裝置產(chǎn)生的現(xiàn)象分析故障或事故發(fā)生的原因，迅速確定故障部位，工作人員必須具備微機(jī)保護(hù)的基本知識，必須全面掌握和了解保護(hù)的基本原理和性能，熟記微機(jī)保護(hù)的邏輯框圖，熟悉電路原理和元件功能。

2.3 具備相關(guān)技術(shù)資料

2.4 運(yùn)用正確的檢查方法

2.5 掌握微機(jī)保護(hù)事故處理技巧

2.5.1 替代法

2.5.2 對比法

2.5.3 模擬檢查法

四、總結(jié)

隨著IT信息技術(shù)的不斷發(fā)展，盡管由于電力市場多方參與加大了電力系統(tǒng)多變和不確定因素的增加，但是大電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置隨著未來信息技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，會提供全方位的功能自檢系統(tǒng)監(jiān)測和從靜態(tài)整定到動態(tài)協(xié)調(diào)解決的途徑。

[1]歐陽帆，張亮峰，李剛等.微機(jī)保護(hù)裝置逆變電源故障原因分析[J].電力自動化設(shè)備，2011，31(7)：150-153.

[2]謝大為，劉玉娟，李碧君等.關(guān)于提高電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定預(yù)警準(zhǔn)確性措施的探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(23)：234-237.

[3]周衛(wèi)，張堯，夏成軍等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(3)：1-5,10.

［4] 張之哲，陳德樹.微型計算機(jī)距離保護(hù)的自適應(yīng)對策［J].中國電機(jī)工程學(xué)報，1998（3）：23.