開關(guān)拒動(dòng)引發(fā)繼電保護(hù)動(dòng)作行為的研究

趙曉東，李 鋒，付雷雷

（國(guó)網(wǎng)宿州供電公司，安徽宿州 234000）

0 引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)設(shè)備故障，將對(duì)電網(wǎng)安全與電力系統(tǒng)的運(yùn)行有直接影響。繼電保護(hù)裝置會(huì)接收保護(hù)信號(hào)正常啟動(dòng)，確保切除故障，阻止其繼續(xù)蔓延。如果操作回路出現(xiàn)故障，導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)則會(huì)觸發(fā)越級(jí)跳閘現(xiàn)象，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰，從而引發(fā)大面積的電網(wǎng)停電事故。現(xiàn)階段，開關(guān)技術(shù)日趨成熟，通斷的可靠性大幅提升，但是仍然會(huì)出現(xiàn)開關(guān)拒動(dòng)以及誤動(dòng)作的問題，給電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。因此，圍繞開關(guān)拒動(dòng)引發(fā)繼電保護(hù)動(dòng)作行為進(jìn)行深入研究，探討開關(guān)拒動(dòng)的原因以及解決措施，從而提升電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

1 繼電保護(hù)的原理及架構(gòu)設(shè)計(jì)

運(yùn)行過程中如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，將導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電網(wǎng)崩潰、導(dǎo)致大面積停電事故。為了有效降低故障設(shè)備對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響，需要借助繼電保護(hù)裝置及時(shí)切斷故障線路，減小故障和不正常工作設(shè)備所造成的影響。由此可見，繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

繼電保護(hù)裝置主要是由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成（圖1）：測(cè)量部分主要作用是采集被保護(hù)單元的運(yùn)行參數(shù)，并與保護(hù)的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比分析，判斷被保護(hù)單元是否存在故障：如果運(yùn)行參數(shù)超過設(shè)定值邊界，測(cè)量部分會(huì)向邏輯部分發(fā)送信號(hào)；邏輯部分接收來自測(cè)量部分的信號(hào)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系判斷是否觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，并向執(zhí)行部分發(fā)送控制信號(hào)；執(zhí)行部分接收來自邏輯部分的信號(hào)，按照信號(hào)指令進(jìn)行斷路器跳閘以及開關(guān)動(dòng)作。

繼電保護(hù)裝置的主要功能是檢測(cè)電力系統(tǒng)中電氣量和設(shè)定值邊界比較，如果越過設(shè)定值邊界，就會(huì)觸發(fā)動(dòng)作，其作用等同于一個(gè)自動(dòng)化開關(guān)。當(dāng)電力系統(tǒng)某個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置會(huì)迅速觸發(fā)，及時(shí)將故障單元從電力系統(tǒng)中切除，確保無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)電力系統(tǒng)被保護(hù)源之間出現(xiàn)異常時(shí)，同樣會(huì)觸發(fā)繼電保護(hù)裝置，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件發(fā)出控制信號(hào)，減負(fù)荷或者跳閘。在此過程中，繼電保護(hù)裝置不會(huì)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)電力系統(tǒng)源之間損害程度進(jìn)行一定的延時(shí)，避免造成不必要的動(dòng)作或者引起誤動(dòng)作。

為了有效切除電力系統(tǒng)的故障，要求繼電保護(hù)具有一定的選擇性、靈敏性和可靠性。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)該有選擇性地切除故障，確保非故障部分的正常運(yùn)行，最大限度縮小故障的影響。繼電保護(hù)的選擇性，可以通過正確整定上下級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限和電氣動(dòng)作值的大小進(jìn)行有效配合。同時(shí)繼電保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)的時(shí)間必須足夠快速，以減少故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了防止干擾信號(hào)對(duì)繼電保護(hù)造成誤動(dòng)作，繼電保護(hù)裝置無需設(shè)置動(dòng)作時(shí)限。繼電保護(hù)的靈敏性和可靠性是指在保護(hù)范圍內(nèi)對(duì)故障處理的反應(yīng)能力，對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行定期校驗(yàn)和維護(hù)，確保其正常工作。

2 引發(fā)開關(guān)拒動(dòng)的主要原因

開關(guān)是促使電路開路、確保電流中斷的電子元件，也是電力系統(tǒng)重要的設(shè)備之一，其能否正常啟動(dòng)將直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)拒動(dòng)的因素包括機(jī)械故障、繼電保護(hù)裝置故障、開關(guān)儲(chǔ)能回路不暢通、大電流故障、電纜虛接等，下面對(duì)開關(guān)拒動(dòng)的主要原因進(jìn)行分析。

2.1 機(jī)械故障

機(jī)械故障是導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)的主要原因，如開關(guān)操作機(jī)構(gòu)中的線圈彈簧脫落或者缺乏彈性、開關(guān)啟動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)卡塞等。由于控制開關(guān)啟動(dòng)的線圈彈簧長(zhǎng)時(shí)間操作，存在機(jī)械損傷沒有足夠動(dòng)力，導(dǎo)致開關(guān)機(jī)構(gòu)無法正常工作，當(dāng)遇到電網(wǎng)故障時(shí)出現(xiàn)開關(guān)拒動(dòng)現(xiàn)象。開關(guān)啟動(dòng)機(jī)構(gòu)卡塞引發(fā)的開關(guān)拒動(dòng)主要發(fā)生在半軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，當(dāng)開關(guān)接收到分閘信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)半軸位置出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象，扇形板無法接觸到半軸約束，導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)。

2.2 繼電保護(hù)裝置故障

繼電保護(hù)裝置故障屬于控制開關(guān)的軟件故障，如控制開關(guān)啟動(dòng)的軟件程序存在問題、中央處理器出現(xiàn)紊亂、未及時(shí)有效地控制開關(guān)正常啟動(dòng)、沒有對(duì)開關(guān)進(jìn)行良好的維護(hù)與管理、開關(guān)元器件芯片損壞、接觸不良或者耦合電容擊穿等，將導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)。電壓或者電流不穩(wěn)定以及繼電保護(hù)裝置不具備抗干擾能力，也是開關(guān)拒動(dòng)的原因之一。

2.3 開關(guān)儲(chǔ)能回路故障

開關(guān)儲(chǔ)能回路不暢通主要是由于電網(wǎng)線路存在嚴(yán)重老化現(xiàn)象，影響開關(guān)正常啟動(dòng)。在電力系統(tǒng)中，某個(gè)單元出現(xiàn)短路時(shí)需要依靠熔斷器切斷短路電流，并且啟動(dòng)斷路器分閘。但是線路老化會(huì)導(dǎo)致線路的電阻不斷升高，此時(shí)電流經(jīng)過老化線路會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的熱效應(yīng)，不僅會(huì)加速線路老化，同時(shí)也會(huì)損耗電能，導(dǎo)致儲(chǔ)能回路中沒有足夠的電流儲(chǔ)備，進(jìn)而影響繼電器正常啟動(dòng)的電壓，造成高壓短路無法正常分閘、越級(jí)跳閘現(xiàn)象，最終導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)故障。

2.4 大電流故障

大電流故障也會(huì)導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)。在控制開關(guān)啟動(dòng)的機(jī)構(gòu)中存在線圈，當(dāng)大電流通過時(shí)，控制器正常情況下會(huì)向分閘器發(fā)送分閘指令出發(fā)開關(guān)啟動(dòng)，但是大電流往往伴隨著較大的感應(yīng)電勢(shì)，開關(guān)控制機(jī)構(gòu)的線圈會(huì)對(duì)高電勢(shì)進(jìn)行感知，通過對(duì)開關(guān)控制機(jī)構(gòu)上施加高電勢(shì)，影響控制機(jī)構(gòu)內(nèi)的晶體管無法正常工作，阻礙分閘電流的接收，導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)，對(duì)其他電力設(shè)備造成不同程度的損壞。

2.5 電纜虛接

電纜虛接，中性點(diǎn)和地面出現(xiàn)接觸不良，負(fù)載不對(duì)稱造成電纜線路電阻過大，產(chǎn)生電弧以及電磁干擾，電纜線路接觸面積較小，電流無法正常通過，也會(huì)引起局部放電導(dǎo)致電纜線路表面絕緣損壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)短路或者火災(zāi)。電纜接地線路嚴(yán)重老化或銹蝕造成斷線，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，影響電力設(shè)備的正常工作。

3 開關(guān)拒動(dòng)的優(yōu)化策略

3.1 做好日常巡檢維護(hù)工作

日常巡檢維護(hù)工作是降低開關(guān)機(jī)械故障的有效方式。定期對(duì)開關(guān)進(jìn)行維修檢查，針對(duì)對(duì)于一些開關(guān)啟動(dòng)反應(yīng)遲緩、可靠性不高的開關(guān)及時(shí)進(jìn)行更換，尤其是檢查線圈彈簧和開關(guān)機(jī)構(gòu)等易損耗部件需要進(jìn)行重點(diǎn)檢查，確保其保持正常的工作狀態(tài)。為了防止因?yàn)槔^電保護(hù)裝置發(fā)生故障導(dǎo)致開關(guān)拒動(dòng)需要繼電保護(hù)生產(chǎn)廠商設(shè)計(jì)出更為合理的控制程序，及時(shí)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行更新，提升繼電保護(hù)裝置的抗干擾性能，使其能夠快速、有效的工作。通過提升繼電保護(hù)裝置的測(cè)量部分中采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的精度，可以確保采集數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生失真現(xiàn)象，確保信號(hào)輸出的可靠性，有效避免開關(guān)發(fā)生誤動(dòng)作。提升開關(guān)機(jī)構(gòu)中插件的絕緣強(qiáng)度，預(yù)防插件出現(xiàn)松動(dòng)或者脫落現(xiàn)象，防止開關(guān)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，降低開關(guān)拒動(dòng)的概率。

3.2 防止開關(guān)儲(chǔ)能回路故障

確保高壓短路分閘，需要定期對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行接地性檢查，保持良好的工作狀態(tài)。在一次回路和二次回路之間使用隔離裝置，提高電力系統(tǒng)的絕緣能力，對(duì)跳閘線圈進(jìn)行檢測(cè)，檢查線圈是否存在被燒毀現(xiàn)象，對(duì)于已經(jīng)被燒毀的跳閘線圈，及時(shí)更新硬件設(shè)備，這樣就能夠有效防范開關(guān)拒動(dòng)現(xiàn)象。

3.3 操作規(guī)范化

加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)工作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)和專業(yè)技能考核工作，降低人為操作造成的影響，通過規(guī)范化的操作，不斷提升工作人的專業(yè)技術(shù)水平。對(duì)于出現(xiàn)開關(guān)拒動(dòng)的情況可以有效應(yīng)對(duì)，采取及時(shí)有效的應(yīng)急預(yù)案。注重對(duì)于電力系統(tǒng)設(shè)備的檢查和維護(hù)工作，尤其是針對(duì)開關(guān)柜的檢查試驗(yàn)，確保其正常工作。

4 結(jié)束語

隨著我國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量不斷提升，電網(wǎng)電壓及其復(fù)雜性日益提升，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性要求越來越高。通過繼電保護(hù)裝置，可以及時(shí)、有效地切斷故障線路確保其他電力設(shè)備的正常運(yùn)行，縮小故障的影響范圍，提升電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于電氣設(shè)備老化損壞、操作維護(hù)不當(dāng)以及遭到外力破壞時(shí)，會(huì)造成電力系統(tǒng)短路，并引發(fā)更為嚴(yán)重的停電故障。本文總結(jié)了開關(guān)拒動(dòng)的常見原因，介紹了一些有效的解決措施和應(yīng)急方案。從業(yè)人員同樣還需要對(duì)開關(guān)檢修和維護(hù)工作進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，提升自身的專業(yè)技能，掌握必備的工作方法和經(jīng)驗(yàn)，降低人為操作造成的工作失誤。