變電站繼電保護缺陷分析及消缺措施研究

曾柳中

(廣東電網(wǎng)有限責任公司梅州供電局，廣東 梅州 514000)

1 引言

隨著變電站建設(shè)的不斷深入，繼電保護系統(tǒng)開始大范圍投入智能變電系統(tǒng)中，成為變電輸送和電力管理中的重中之重。該系統(tǒng)能夠利用自動投切裝置實現(xiàn)變電調(diào)配，依照信息交互中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時調(diào)整變電站運行狀態(tài)，全面提升了變電站的安全效益和經(jīng)濟效益。但受環(huán)境因素、技術(shù)因素等影響，繼電保護系統(tǒng)可能會出現(xiàn)誤動或拒動，嚴重時甚至退出運行，致使變電站發(fā)生重大事故。消除變電站繼電保護缺陷，降低智能控制風險已刻不容緩。

2 變電站繼電保護缺陷分析

2.1 主要缺陷

變電站繼電保護系統(tǒng)缺陷主要表現(xiàn)在控制回路異常、保護裝置異常、通信異常及直流接地四個方面，其具體狀況見表1。

表1 變電站常見的繼電保護問題及致因

2.2 事故分析

由于變電站繼電保護控制回路斷線、保護裝置異常引起的誤動、拒動等發(fā)生頻率較高，事故性質(zhì)較為惡劣，故本文主要從以上兩項出發(fā)，分析變電站繼電保護消缺中的關(guān)鍵點。

(1)斷線缺陷。梅州供電局在某地區(qū)220kV甲線主一保護裝置升級及本體三相不一致回路整改項目過程中發(fā)現(xiàn)，防跳試驗開關(guān)跳開后，合閘燈與分閘燈同時滅，報控制回路斷線告警，手合開關(guān)無法閉合。初步檢查后，各繼電保護裝置正常。

(2)保護異常。梅州供電局在某地區(qū)110kV變電站斷路器跳躍處理中增加保護裝置后發(fā)現(xiàn)1191開關(guān)無防跳功能。初步檢查各控制回路及元件均正常，廠家人員認為是開關(guān)分合閘線圈阻值太大致使無法啟動，但剪去操作板上的LX3和LX6電阻增大線圈電流后仍無法達到保護效果(見圖1)。

圖1 110kV線路保護裝置線路圖

3 變電站繼電保護的消缺措施

3.1 檢查方法

智能變壓器繼電保護故障采用傳統(tǒng)檢查方法效果欠佳，往往無法確定繼電保護故障原因。公司在處理過程中利用層次分析(Analytic Hierarchy Process)逐步排查，在變電站繼電保護缺陷致因分析基礎(chǔ)上形成有效模型關(guān)聯(lián)，按照項目經(jīng)驗及專家建議設(shè)定缺陷權(quán)重，從最終風險比重出發(fā)逐步拆檢、測試，確定造成繼電保護故障的關(guān)鍵致因。

3.1.1 控制回路斷線檢查

按照層次化權(quán)重可知，繼電保護控制回路斷線大多是由于閉鎖機構(gòu)拒動導(dǎo)致。本次缺陷分析時:

(1)先測量105、107點位，分別為＋8V左右，控制回路中存在勵磁電流；

(2)再拆檢開關(guān)機構(gòu)箱，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部就地防跳繼電器K3一直勵磁吸合；

(3)斷開控制電源空開，量取跳位監(jiān)視回路電阻6kΩ，機構(gòu)防跳回路電阻為8kΩ，根據(jù)電壓分配，理論上107電位也是＋8V左右，初步確定是跳位監(jiān)視回路過來的電使K3勵磁；

(4)檢查跳位監(jiān)視回路，發(fā)現(xiàn)105下到機構(gòu)只串接了一個開關(guān)常閉輔助接點，并未串接K3常閉接點，導(dǎo)致開關(guān)在分位與K3繼電器動作的同時，跳位監(jiān)視回路連通。

此時，分到TWJ兩端的電壓約為49V，不足于驅(qū)動TWJ，所以跳位燈不亮，報控制回路斷線；因為K3一直動作，所以合閘回路是斷開的，不能合閘。

3.1.2 保護裝置異常檢查

按照層次化權(quán)重可知，繼電保護裝置故障往往為電源、CPU元件損壞和保護元件異常導(dǎo)致。但逐層檢查后發(fā)現(xiàn)，上述項目中電源、CPU等元件均運行正常，而保護裝置內(nèi)部操作箱的串聯(lián)在防跳回路的R1被剪除(見圖2)。

圖2 110kV線路保護裝置(R1剪除后)實物圖

R1電阻剪除后操作箱本身的防跳功能失去作用，此時，跳位監(jiān)視回路與開關(guān)機構(gòu)箱的防跳回路在阻值上無法配合，造成開關(guān)機構(gòu)箱的防跳功能失效。

3.2 消缺措施

3.2.1 主要方案

變電站繼電保護過程中必須根據(jù)風險項做好消缺防控，如直流接地缺陷處理時應(yīng)按照拉路法第一時間確定接地點，然后逐一分段處理，確保各回路恢復(fù)正常；控制回路斷線缺陷處理過程中要按照層次分析法有效評估風險項，按照項目經(jīng)驗及專家評估結(jié)果合理開展現(xiàn)場拆檢，逐項逐次測試，觀察控制回路中的各個單元運行情況并進行處理，從而有效消缺；保護裝置異常消缺時則應(yīng)在元件實際運行情況基礎(chǔ)上開展性能測試，根據(jù)變電站繼電保護中的各項要求增設(shè)對應(yīng)保護單元，從而保證各項繼電保護功能均運行正常；通道故障中則往往要根據(jù)有線通信和無線通信情況設(shè)置縱聯(lián)差動保護，并開展通信測試。必要時還可以選用2M通信方式，可根據(jù)實際狀況合理優(yōu)化和調(diào)整。

3.2.2 重點措施

(1)控制回路斷線消缺。一般控制回路斷線消缺時應(yīng)先更換損壞元件、老化線路等，然后加固松動按鈕、接線，最后，調(diào)整并優(yōu)化控制回路。本次220kV甲線主一保護裝置升級及本體三相不一致回路整改過程中可在原線路基礎(chǔ)上增加跳位監(jiān)視回路，保證其與機構(gòu)防跳回路電阻搭配恰當，形成有效防跳保護。并針對繼電保護控制回路需求合理選擇K3繼電器，在K3繼電器兩端加65V電壓，使勵磁動作恢復(fù)正常，從而有效解決本項目中的控制回路斷線故障。

(2)保護裝置異常消缺。在保護裝置異常處理過程中應(yīng)及時更換老化及損壞元件，由專業(yè)技術(shù)人員進行處理時需先退出保護系統(tǒng)，避免出現(xiàn)由運行更換造成的系統(tǒng)燒毀或變電故障。而保護功能異常處理過程中則應(yīng)根據(jù)實際原因在不影響繼電保護可靠性的基礎(chǔ)上增加保護裝置或保護元件。

如某地區(qū)110kV變電站斷路器跳躍處理過程中增設(shè)保護裝置時將530與531短接，把防跳回路接在合閘回路，只有合閘脈沖解除，K3線圈斷電，無法達到繼電保護要求。必須將保護屏1D43、1D44短接片解掉，在1D43、1D44的位置串接一個DL的常閉輔助接點和K3常閉接點，并短接開關(guān)機構(gòu)530和531啟用開關(guān)機構(gòu)的防跳功能。

此時，當開關(guān)在合位時，DL常閉接點斷開，從而切斷了寄生回路，避免了開關(guān)合位時紅綠燈一起亮的現(xiàn)象。同時，繼電器勵磁，K3常開接點閉合使K3線圈自保持，K3常閉接點斷開，切斷合閘回路，從而有效避免開關(guān)分閘后不能再次合閘的缺陷。經(jīng)測試，消缺處理后1191開關(guān)防跳功能恢復(fù)正常。

圖3 110kV線路保護二次原理圖

4 總結(jié)

變電站繼電保護消缺過程中應(yīng)根據(jù)不同原因?qū)ΠY下藥，形成合理的處理方案，這樣才能夠從根本上提升繼電保護系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)繼電保護效益的最大化。尤其是在控制回路斷線和保護裝置異常時，要有效查找事故原因，分析造成缺陷的內(nèi)在和外在因素，針對實際繼電保護需求合理優(yōu)化和改善處理方案，避免變電站繼電保護二次故障。