提高继电保护二次回路可靠性的对策 谷婧瑜

发表时间:2020/4/30   来源:《电力设备》2020年第2期   作者:谷婧瑜
[导读] 摘要:在我国进入21世纪以来,我国的综合国力显著加强,社会在不断进步,变电站继电保护是电网安全供电的重要保障。
        (广东电网有限责任公司湛江供电局)
        摘要:在我国进入21世纪以来,我国的综合国力显著加强,社会在不断进步,变电站继电保护是电网安全供电的重要保障。但是在运行的过程中,却往往受到各种外在因素的影响,使变电站继电保护表现出较多的二次回路隐患,从而无法发挥出继电保护对电网的保护作用,因此还需重视继电保护二次回路隐患排查工作,结合变电站实际运行情况,对其中较为常见的二次回路隐患采取科学的排查方法,从而提升变电站继电保护的可靠性。
        关键词:继电保护;二次回路;隐患排查
        引言
        经济水平的提升,使电成为人们生活、工作中必不可少的元素,但是用电量的增加也导致超负荷运行问题,因为电力设备运行不够稳定而引发安全问题并不少见。为了提高电气设备运行安全性,可以采用继电保护二次回路。目前在继电保护二次回路运行过程中,如何提高可靠性是需要解决的问题,下面以220kV霞山变电站为例展开讨论。
        1继电保护二次回路
        电力系统的整体结构较为复杂,为了确保系统运行的高效与可靠,在系统中设置了两类设备。一类是一次设备,常见的有输电线路、发电机、变压器和母线等,主要发挥输配电能的作用;另一类电气设备主要发挥控制和调节的作用,主要是负责保护一次设备的稳定运作,常见的设备有各种测量表仪器、通信装置等。继电保护也属于二次设备,将这些设备依照电气逻辑连接在一起,以发挥检测保护的功能,就形成了稳定的二次回路,二次回路是保障电能稳定安全输配的关键部分,在电力系统中占据非常重要的位置。继电保护的二次回路具有自身的特殊性,运行过程较为复杂,发挥综合性的功能和价值,其基本的系统功能是测量和保护,重点包括信号、开关及测量等系统。变电站在运行中难免会发生故障问题,而继电保护的主要功能就是检测和调节。当系统中的电流和电压情况发生变化时,继电保护装置就可以及时检测出来,进而判定系统出现何种故障隐患,做出警报反应,指导系统的维护和维修作业,或者在第一时间将故障区域隔离开,防止发生故障危害扩大的情况。一般为了充分发挥继电保护的功能,设备装置需要符合如下的设计要求。(1)具有足够的灵敏度。对于变电系统中出现的不良信号,可以立刻做出精准的反应,判定这一点需要衡量设备的灵敏系数。(2)选择性。继电保护对故障做出反应的一种模式就是切除或者隔离故障区域,即面对系统的故障情况,需要正确选择故障部位,并且尽快切除或者隔离问题区域,尽可能地缩小故障范围。(3)可靠性。这是最为基本的设计要求,性能良好稳定的继电保护需要保持足够的可靠性,不能出现误动或者是遇到故障拒动的情况。这3点基本的性能要求,既是继电保护设计的原则,也是其安装和维护的依据。
        2二次回路缺失稳定性原因
        2.1继电保护装置属性
        继电保护装置自身的属性在提高二次回路可靠性当中十分关键,和继电保护装置的最终动作正确率关系密切。首先,继电保护装置处于生产阶段,如果生产所得设备不满足质量规定,会对后期实践应用带来影响;其次,继电保护装置处于运行状态下,因为附近环境的干扰导致电子装置稳定性降低、电路板腐蚀与老化等问题,也会降低继电保护二次回路可靠性。
        2.2PT回路缺陷
        这类缺陷主要是其回路出现断线或者是N600多点接地等。出现缺陷的主要原因在于PT在出厂时,其二次中性线(N600)回路接地点与柜体外壳之间出现相互连接的情况,在安装时也和接地网连接出现了接地,然后在控制室接地,出现了多点接地等隐藏性的问题;或者是改造变电站时因为图纸或者是人为等原因,使其二次中性线节点被改到了其他的回路上,由此出现了隐藏性的接地问题;当对电压互感器二次绕组进行施工时,如果人员技术水平比较低,也会出现隐藏性的接地问题。此外,在保护安装时,如果一套保护两个屏的中性线有差异,主控制中控制屏和保护屏分别接地,就会出现多点的隐藏性接地。在检查该类缺陷的过程中必须要按照顺序进行全面检查。
        2.3相电压升高或降低引起的隐患
        当二次回路在运行过程中出现相电压升高或者相电压降低的情况时,也将增大二次回路的运行隐患。对其产生隐患的原因做具体分析。首先,在二次回路中相电压出现一定程度的升高,其数值超出正常电压的范围以后,会对线路中的测量频率造成影响,使继电保护系统对接地的实际距离测量出现错误,以致在保护动作上发出错误的指令,影响到变电站的正常供电;其次,在二次回路中相电压出现一定程度的降低,且数值低于正常电压的最低值时,较容易在各接地点之间产生较大的阻抗,进而反向作用于继电保护系统中,使其在故障判断上产生错误,进而引发输供电故障。
        2.4外部硬件受到破坏
        外部硬件受到损坏的情况可以归结为两种不同的类型,首先继电系统的线路遭到破坏,这种情况的故障问题将直接导致电力系统的线路出现故障。在系统正常工作的情况下,继电系统能够对于线路进行有效的保护,但是一旦出现了故障的情况,系统的二次回路切断功能将会直接受到影响,这将严重影响供电质量;其次当回路出现故障的情况,系统的数据搜集部分的准确性可能会直接受到影响,例如系统出现了数据异常的情况,二次回路将会受到影响,同时数据的波动误差将会直接影响系统的工作效率。所以变电站端在进行数据统计的过程中非常容易出现波动。以上例举的两个外部硬件受损情况严重时将会导致整个电力系统瘫痪。。
        2.5二次接线错误
        要是继电保护设施工作人员技术水平较差,在施工过程中将二次线接错,或者接线端子松动,继电保护设备的使用效果会受到影响,很难发挥实际的作用,这些问题需要得到相关人员的高度重视。
        3加强继电保护二次回路可靠性的建议
        3.1选择有效的接线技术
        根据电气装置安装要求与规范展开二次接线作业,具体提出以下建议:(1)电缆芯线、导线端部应标注回路编号,且保证标注字迹与配线的清晰性,一般建议使用电力专用线码管套在二次线上。且使用的导线要有良好的绝缘性,不能存在破损现象;(2)接线端子接线以1根为准,注意不能大于2根。对于插接式端子各个截面,接导线时不能将2根全部接在相同的端子上;对于螺栓连接端子,接线过程中要在2根导线的中间位置增设平垫片。同时,二次回路接地要有专门的螺栓;(3)盘、柜中所设置的配线电流回路绝缘等级必须大于500V,材质方面以铜芯绝缘导线为主,截面大于2.5mm2;其余回路截面则要大于1.5mm2;焊接弱电与电子元件回路的过程中,如果载流量和电压降等均满足焊接强度,绝缘导线的截面应大于0.5mm2。
        3.2加强接线故障的排查
        CT/PT回路故障是继电保护二次回路的主要隐患,因此在排查时应对之加强。首先,应加强PT回路检查,定期按照二次回路设计图纸,对线路中各连接点做全面的检查,如熔断器、刀闸的连接,确保线路连接到位,接触点无松动现象;其次,应加强CT回路的调试校验工作,重点针对其中一些电器元件的电阻值进行测量,并将测量结果与以往的历史数据信息做出比对,以便从中快速找出故障隐患。例如:某220kV输电线路在供电过程中发生A相瞬时接地故障,经故障信息检查发现RCS902装置纵联零序保护误动出口。对故障原因做具体分析,主要是由二次回路连接异常导致的,220kV故障发生所在变电站继电保护存在UN接触不良的现象,造成保护感受电压的相位出现偏移,最终引起继电保护的误动作,由此可见在继电保护二次回路隐患排查中,应注意接线可靠性检查。
        3.3直流回路问题的处理
        接地母线电压倘若在系统中某一个支路电流断开后发生了上升的情况,表示这一支路在专业范围中属于直流电路。这时需要对支路接地点进行检查,通常需要先从室外开始检测,然后再对室内进行检测;先对老旧设备进行检查,然后再检查新设备。在处理短路问题时必须要对其原因进行检查,倘若是人为碰触导致的电源短路,需要以实际问题为准判断出现的原因,以高效地进行设备与内部环节的保护,从而使系统在运行时可以有效完成各项需求。如果在连接回路时出现了连接线错误的情况,需要在接线完成后,运用正负电源之间的电阻,防止操作中出现误接的情况。


        3.4质量检修措施
        因为电力系统中二次回路的系统组成是比较复杂的,系统中各个原件在长期的使用过程中一旦出现了质量的问题将会对于系统的实际使用效果造成严重的影响,同时当前的电气市场种类较多,各种电流互感器品种多样,因此在进行电气选择的过程中工作人员需要根据生活的常识和系统的主要需求进行合理选择,例如在面对电流负荷过大的继电保护设备的时候,可以选择那种具有一定气隙的电流互感器,因为这种设备的中心铁芯磁性比较小,电流互感器不容易出现过载的情况,能够对于系统起到一个良好的保护效果,同时在系统失去平衡之后能够对于内部的电流运转情况起到一定的控制作用。
        3.5变电站断路器CT二次回路隐患处理措施
        在变电站断路器CT二次回路要是存在故障问题之后,就需要根据变电站运行操作规程来开展处理工作。第一点就是需要调取录波屏相关断路器信息,接着就是需要比较现场得到的测量数值,要是存在不足之处,就能够明确继电保护装置是否保持一个合理的运行状态;第二点就是,需要明确断路器的二次设备运行情况,而且需要检查断路器的保护装置,明确二次保护绝缘是否处于一个合理的范围中,不仅如此,针对装置里面的接线端口需要开展更加详细的检查工作,明确产生问题的因素。
        3.6CT回路问题的处理
        该回路在监管及运行时所出现的各种技术性的弊端,基本上是因为在操作时端子排的一些技术标准不能有效满足专业性的技术要求进而出现了电路开路的一些技术性故障。在具体处理这类缺陷时,相关工作者必须要先加强自身安全的防护。要确定CT回路开路的发生是否和CT源侧有关系,并对电流进行测量,然后把侧源电流与负荷侧电流相互比对,倘若一致,则需要对设备本身进行检查。只要回路和接地点出现分离,就必须要在相临近的地方设置一些临时性的接地点,在将事故处理完成后必须要及时拆除。此外,还需要在该回路断开的过程中给系统用户一定的安全防护。
        3.7严格落实技术管理
        技术管理对于提高继电保护二次回路可靠性的对策非常重要,首先是图纸、作业资料的管理。在正式开始作业之前要准备完善的图纸,与现场情况进行对比,若有需要改动之处则要向上级人员提交异动申请单。其次,技术人员进行继电保护二次回路的过程中,需要按照继电保护检验管理制度进行。一方面要定期检验,及时发现继电保护二次回路系统内部存在的故障,制定针对性的整改方案,以免后期故障影响范围扩大带来严重影响;另一方面则要了解电网重大事故解决相关规定,通过规范的继电保护检修提高二次回路运行稳定性与可靠性。
        3.8应用容错技术
        随着科学技术的快速发展,在二次回路中出现较多先进的科学技术,其中容错技术是应用较为广泛、效果较为突出的一种技术,其在降低二次回路隐患中主要表现出2个方面的优势。1)可有效提升继电保护系统运行的准确性,降低运行判断错误的出现率,如在针对相电压升高或者相电压降低引起的动作误判上有着较好的效果,从而让电力系统运行更加安全可靠。2)由于在系统中存在多个CPU同时运行工作,即使其中某个CPU出现故障,其他CPU仍旧能够正常运行,保证继电保护装置能够充分发挥保护功能,准确判断故障信息并对其做出保护反应。
        3.9紧螺丝
        要是二次回路产生线路问题,主要就是因为没有拧紧或者是存在接触不良的其惊恐,所以需要正确安装继电保护设备中的各个部件,而且需要保障螺丝的紧固性,要是没有正确处理就比较容易产生二次设备运行故障。在工作过程中需要重视的内容包括:第一点就是正确选择工具,按照相关的标准需求,正确的进行落实,而且需要保障螺丝刀和螺丝规格的合理;第二点就是,设备的螺丝需要拧紧,而且会涉及到对于辅助设备的使用;最后一点就是需要控制好拧螺丝的力度,要是没有正确的进行控制,就会影响到之后的维护工作。
        3.10系统回路检修
        为了能够保证二次回路的运行效率,减少故障的发生概率,对于技术人员来说应该能够首先做好自身的检查工作,保证系统的运行效率。首先工作人员应该能够做好线路中的结构检测工作;其次技术人员应该能够做好功能的检测工作,并且还应该能够明确功能的技术检测工作也是继电系统的主要设计内容,并且能够保证系统的稳定运行。技术人员在进行操作的过程中应该能够确定各个部分的功能特点是否满足实际需求,再去进行比较系统的设计工作,从而为后期的全局规划设计提供比较系统的规划工作,另外在进行功能检测的过程中工作人员还应该对于系统的有关硬件部分和重要模块尽心详细的分析和归纳总结,最后在进行调试的过程中首先应该能够保证系统的设计工作完成之后才能够进行工作,主要的技术手段需要借助计算机技术和多媒体设备进行。需要注意的一点在于还应该考虑到系统的稳定性和安全性。
        4二次回路的发展趋势
        传统的二次回路是由相对独立的继电保护、调度通信和安全自动装置系统、远动系统构成。这3个部分在应用过程中相互独立,各负其职,由系统调度员统一协调使用。自20世纪80年代以来,随着继电保护微机化、远动数字化和调度自动化,促使这3个部分相互融合,产生了基于微机装置和计算机网络的变电站综合自动化,国际上称为变电站自动化。进入20世纪90年代,随着我国农村和城市电网的改造,变电站自动化促成了电力系统二次系统的重大变革。在实际应用中,常规变电站的二次回路按照测量、信号、控制等功能分开,相应地就有测量装置(如计量屏)、信号装置(如中央信号屏)、控制装置(如控制屏)等。到了21世纪,随着网络和微机保护广泛应用,每个电流互感器的二次侧回路、断路器跳闸、合闸操作回路,要分别连接到相应的显示屏上,如信号屏、计量屏、控制屏等。由于各设备安装在不同地点,变电站内二次电缆错综复杂,存在的问题包括:接线复杂,安全性、可靠性不高;电能质量难以控制,设备结构复杂、占地面积大,维护工作量大等。变电站自动化是对测量仪表、信号系统、继电保护、控制系统、自动装置和远动装置等二次设备进行功能组合和优化,利用现代技术,包括计算机技术、网络技术、信号处理技术等,针对变电站主要设备、输电线路及配电线路实施自动控制、监测与保护,从而达到自动化功能。变电站自动化通过多台计算机代替常规的测量及监视仪表、控制设备、信号设备和远动设备,用微机保护替代传统的继电保护,取消了控制屏、远动屏及中央信号系统,改变了常规的继电保护装置孤立运行、不与外界联系的状态。变电站自动化利用数字通信技术、网络技术来达到信息共享的一套二次设备与系统,其功能具有保护、测量、控制及远动功能。变电站自动化与传统的二次回路相比,具备设备数量较少、接线简单、接线方式合理、系统性强等特点。传统变电站的二次回路是一个复杂的控制网络,包括控制、信号、测量及检测系统、调节及操作电源系统等。其中,信号系统包含位置、事故音响、瞬时预告、延时预告等信号,由于这些二次回路之间依靠硬件连接,致使二次接线较多。而变电站自动化打破了二次回路之间原有的界限,使得二次接线得到简化,如:通过数字通信方式取代原来靠硬件连接的系统;使用装置中的印制电路板取代原屏幕内设备之间的连线。
        结语
        综上所述,为了提高继电保护二次回路可靠性,需要做好检测工作,及时发现系统中的潜在故障,将影响遏制在初期阶段,此外则需要从技术管理、接线技术等方面着手,做好辅助工作,以免后期电力系统运行过程中出现安全故障,影响设备正常运行以及人们的生活、工作。
        参考文献:
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