傳統變電站繼電保護二次回路狀態檢測與評估分析

張佳辰，高璐

（1.東南大學電氣工程學院，江蘇南京，210000； 2.國網江蘇省電力有限公司檢修分公司蘇州運維站，江蘇蘇州，215000）

0 引言

繼電保護的二次回路狀態檢測和評估過程，涉及不同功能回路、不同間隔、不同類型變電站的綜合考量。以220kV傳統變電站為例，保護裝置相關的二次回路主要可以分為交流和直流回路，交流回路，比如：電流回路、電壓回路、輔助設備交流供電等；直流回路，比如：跳合閘及相關監視回路、裝置供電、信號回路、開入開出回路等。本文對這些回路進行健康度特性分析，并對如何進行監視提出解決方案[1-3]。

1 二次回路檢測難點

在傳統變電中，二次回路的狀態監檢測難點在于沒有缺少對于回路的監視手段，區別于智能變電站的二次設備及回路,可以通過對虛擬二次回路和光纖回路可視化,結合在線檢測系統,可實時對虛擬二次回路進行監視[4]。傳統變電站對于二次電纜的監視只能是依靠相關設備的采樣間接數據做為依據，來判斷該回路是否連接正常。如：對于電流回路，判斷其是否有分流，甚至開路，主要是依靠裝置的差流告警，對于電流回路開路狀態主要是依靠測溫等手段。可以看出這種檢測手段是結果導向，無法實時對二次回路進行檢測。在無法新增檢測裝置的前提下，對二次回路進行準確判斷，可以采用多方數據綜合判斷，并形成日常評估的分析報告，對于健康程度較低的回路，需要結合停電計劃進行整改。

2 傳統變電站二次回路狀態檢測方案

2.1 交流電流二次回路分流及斷線檢測

在二次回路長期運行過程，形成電流二次回路分流或者開路的原因主要有以下幾個[5]:

（1）電流回路中的試驗接線端子由于在配置質量和結構上的缺陷，從而導致螺桿與銅板的螺孔接觸不良從而形成開路。其次是在電路回路中的線端子壓板，由于膠木頭過長，從而導致該金屬墊片未能夠與壓板處于全面的固定狀態，從而誤壓在了金屬片結構上，從而導致該結構開路，如圖1（a）所示；（2）維修和試驗人員在日常工作中存在操作處理失誤，最終未能將繼電器內部的接頭進行全面的銜接處理，并且在驗收時未能找到問題；（3）二次回路線端子接頭結構的壓接結構處于不緊密狀態，整個回路中的電壓過大，從而導致相關設施處于燒毀狀態，自然也會導致系統開路；（4）端子接觸的接片和螺栓腐蝕嚴重，也會導致開路。

發生CT分流或者斷線時，首先是回路的儀器表顯示為異常降低或者直接為0的狀態，對于存在差動原理的保護裝置，裝置會報“CT斷線告警”，甚至誤動作。因此，在裝置閉鎖甚至誤動作之前提前告警很有必要。

在傳統的變電站中，一般一個保護CT繞組可能會串接其他裝置，如穩控、故錄等裝置，因此我們可能對串接與同一回路的裝置的采樣值進行比對，如果存在偏差過大則可能存在分流；同時對于CT的不同次級，可能進行比照互印證，如后臺測控數據同保護，雙重化保護中間數據互印證等；對于CT回路的檢測，還有一種手段是測溫，發生CT回路斷線的時候，電流互感器及其二次回路會存在打火、發熱的現象，對于運維人員的巡視測溫也是重要的輔助檢測手段，圖1(b)所示即為CT電流回路開路時的測溫圖。

圖1 二次回路電纜故障圖及測溫圖

2.2 交流電壓二次回路開路檢測

在發生了交流電壓短路時，可能會造成一些使用交流電壓原理的保護功能受到影響，比如距離保護、零序方向過流、母差復壓閉鎖功能等。

對于交流電壓回路的故障，對于使用母線PT的變電站，站內主要間隔的電壓源頭都是來自于母線PT，當母線PT故障時，幾乎所有間隔的交流電壓都會出現偏差，由于中性點的偏移或二次回路斷線，可能會出現PT斷線等情況。對于線路PT，本間隔的二次回路故障只會影響本間隔。根據不同地點出現的斷線的現象可以初步判斷：對于保護屏處的斷線，保護裝置測得斷線相電壓會很低，幾乎為零，對于設備區的PT端子箱處的斷線，保護裝置會有（1/2～ 1/3)UN的殘壓；同時對于中性線N600的斷線，可以檢查其是否存在3Uo簡單判斷。可以通過平時對電壓的監視來判。

2.3 直流二次回路絕緣檢測方案

變電站直流系統是十分重要的電源系統，由蓄電池組、充電設備、直流屏及直流負荷組成，其構成如圖2所示。它為變電站的控制、信號、繼電保護、自動裝置及事故照明等提供可靠穩定的直流電源，它還為斷路器的分、合閘提供操作電源。直流系統的可靠與否，對變電站的安全運行起著至關重要的作用，是保障變電站安全運行的決定條件之一。盡管直流系統十分穩定可靠,但由于直流系統在二次系統中處于重要的地位，直流系統自身的可靠及安全直接影響到整個系統的安全,同時由于電力系統應用直流電源的特殊性，特別是控制回路和保護回路的應用,使直流系統的故障成為電力系統更大故障的事故隱患，其中之一就是我們常說的直流系統接地故障[6,7]。

圖2 直流系統接地檢測原理簡圖

直流系統為帶極性電源，即電源正極和電源負極，系統經平衡橋電阻接地，正負極對地電壓分別為直流系統電壓的50%。當正極或負極對地間的絕緣電阻值降低至某一整定值時，正負極的電壓會發生對地偏移。這時我們成直流系統有正極接地或負極接地故障。直流系統接地故障可能損壞供電電源設備或直接導致保護控制設備誤、拒動，而直接接地故障的查找與處理也很困難，嚴重影響了電力系統的安全穩定運行。

實際現場工作中使用的比較多的是正弦波接地電流的工作原理，主要用于接地選線和接地定位。如圖3所示，通過耦合電容接入直流系統，與接地點構成回路，產生正弦接地電流。當所鉗回路有正弦電流即可判斷此回路存在接地點。

圖3 直流系統接地檢測原理簡圖

3 二次回路狀態評估方案及要點

以上反應傳統變電站的二次交直流回路健康度的參數如下：保護裝置的告警開出C1,同一CT次級的測量量的差值C2,二次回路溫度測量與環境溫度差的絕對值C3,正常運行下，相電壓及零負序電壓的值C4,直流回路的對地阻值C5。

健康度得分的基礎分為100分。對于C1，只要后臺出現相關告警則需要進行消缺處理，此時得分分值0；對于C2，考慮AD采樣的差異及零漂，規定對于0.1IN以內的差值得分為100，對于1IN的差值得分為0分，0.1IN與1IN之間的得分與差值為線性關系；對于C3，對于10°C內的溫度得分為100，當超過此范圍，考慮正常工作溫升，按1°C得-5分計算；對于C4，相電壓正常是三相正序57.74V，零負序電壓為0V，三相相電壓在0.05UN范圍、零負序電壓在1以內得分為100，對于相電壓在33.3V、零負序電壓在8V時得分為60分，其間的得分與電壓值為線性關系；對于C5，阻值在20MΩ以上，不予扣分，得分為100，阻值為10MΩ時，得分為60分，阻值為1MΩ時，得分為0分，其間的得分與電壓值為線性關系。得到二次回路評價表如表1所示。

表1 二次回路評價表

根據表格得出的評價結果，運維人員可以快速得到回路狀態的健康度和需要進行的操作，如裝置告警開出，沒有告警時C1為100，系統正常運行，當出現告警時，C1為0分，需要立即進行消缺處理。

4 總結

本文列舉了一些繼電保護二次回路系統的運行過程，主要二次回路可能存在的一些缺陷，并引入了一種綜合各方面數據的健康度評估方法，對各回路的健康度進行打分，實現對設施運行狀態信息等參數的全面檢測，能夠給運維人員提供重點巡視的依據，也將有利于消缺計劃的安排，保障繼電保護二次設備健康穩定運行。