葉中桉

廈門軌道交通建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

在電網(wǎng)運營體系中，繼電保護(hù)系統(tǒng)是十分關(guān)鍵的一環(huán)，是保證整個動力系統(tǒng)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵[1]。繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備作為保障供電穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備，近些年逐步向智能控制、數(shù)字信息化的方向演變，加強(qiáng)了繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的功能[2]。但在繼電保護(hù)系統(tǒng)的底層工作流程中，繼電保護(hù)系統(tǒng)故障比較常見，且危險性很大，許多大型企業(yè)一直把繼電保護(hù)系統(tǒng)的維修檢測和故障處置視為重點研究項目[3]。

1 繼電保護(hù)系統(tǒng)概述

繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要功能是保障電力系統(tǒng)和重要電力設(shè)施的安全、平穩(wěn)工作。在供電系統(tǒng)中發(fā)生問題和故障時，繼電保護(hù)系統(tǒng)可以對所檢測的電力系統(tǒng)信息進(jìn)行一定的算法處理，加以邏輯功能設(shè)計，然后輸出動作指令，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測、預(yù)先告警、切除故障設(shè)備等功能[4]。繼電保護(hù)系統(tǒng)可以保障電力系統(tǒng)的正常運行，對此，相關(guān)部門工作人員需要掌握各種繼電保護(hù)技術(shù)，準(zhǔn)確掌握當(dāng)前電力系統(tǒng)的管理實施及安全運行情況，分析統(tǒng)計電力系統(tǒng)運行過程中生產(chǎn)的一系列數(shù)據(jù)信息，在風(fēng)險預(yù)警發(fā)生之前，給相關(guān)工作人員提供安全警報。

通常情形下，由于電流等級的差異，主變壓器、輸電線、并聯(lián)電容器等裝備的工作狀況和電氣反應(yīng)特點各有不同，必須進(jìn)行差異化的繼電保護(hù)設(shè)計，電力設(shè)備的生產(chǎn)商必須分析繼電保護(hù)裝置的實際使用情況，生產(chǎn)具備特殊用途的繼電保護(hù)裝置。在技術(shù)實現(xiàn)過程中，以通信軟件作為技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)保障，然后在接入系統(tǒng)的支持下逐步實現(xiàn)信息的端對端及廣播式傳送與接收。在系統(tǒng)通信的實現(xiàn)過程中，系統(tǒng)層面的繼電操作誤差可以自行修正，保證了系統(tǒng)效能的充分發(fā)揮。在繼電保護(hù)過程中，后端控制系統(tǒng)能夠監(jiān)控控制界面，在人機(jī)交互操作的環(huán)境中，可以實現(xiàn)繼電保護(hù)警報、規(guī)約，儲存事故信息以及控制和維護(hù)遠(yuǎn)方電力系統(tǒng)等功能。通常情形下，平臺控制系統(tǒng)和平臺管理系統(tǒng)軟件之間相互連接，實現(xiàn)了繼電綜合維護(hù)的智能化，并且使平臺操作的設(shè)備擁有報表管理、圖像顯示、圖像檢索等功能，對共享數(shù)據(jù)庫的實時刷新產(chǎn)生了重要影響。

針對繼電保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜、關(guān)聯(lián)設(shè)備較多的特點，為了確保繼電保護(hù)系統(tǒng)在模擬量采集、計算分析、開關(guān)量執(zhí)行等環(huán)節(jié)的可靠運行，需要研究繼電保護(hù)系統(tǒng)維修檢測工作的要點，梳理故障處置對策和經(jīng)驗，指導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場操作，提升工作效率，以滿足企業(yè)安全生產(chǎn)需求[5]。

2 繼電保護(hù)系統(tǒng)的管理和維護(hù)

2.1 運行管理

需要加強(qiáng)對運行中的繼電保護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備的管理。

（1）定期檢查、分析每套保護(hù)系統(tǒng)在運行中反映出來的各類不平衡分量以及觸動外殼時有可能動作的出口繼電器，建立定期檢查和記錄制度，并從中找出薄弱環(huán)節(jié)和事故隱患，及時采取有效對策[6]。

（2）建立完善的故障信息管理系統(tǒng)，對運行中的繼電保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的故障信息按各線網(wǎng)供電系統(tǒng)層級、設(shè)備類型進(jìn)行管理，提供設(shè)備故障溯源資料，提高事故響應(yīng)及故障修復(fù)效率。

（3）加強(qiáng)對保護(hù)信息遠(yuǎn)傳的管理，制定遠(yuǎn)程修改在線運行的微機(jī)保護(hù)整定值的管理和安全防護(hù)機(jī)制，禁止開放遠(yuǎn)方修改定值、軟件和配置文件等功能。

2.2 檢修維護(hù)

嚴(yán)格防范檢修維護(hù)過程中可能出現(xiàn)的安全隱患。

（1）在開關(guān)運行狀態(tài)下，進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的檢修工作，提前做好繼電保護(hù)系統(tǒng)危險點預(yù)控分析及填寫二次工作安全措施票，以保證停用部分與運行部分界面清楚、完全隔離。

（2）多套保護(hù)回路共用一組CT或可引起其他保護(hù)出口動作時，在需要檢測的繼電保護(hù)系統(tǒng)電流回路靠近電纜側(cè)的端子排短接后，拆開并固定好電流端子連接片，做好防護(hù)標(biāo)志，在電流端子靠近保護(hù)裝置側(cè)進(jìn)行檢測；同時將保護(hù)出口接點與外部連接的二次電纜全部斷開，并做好絕緣包扎等防護(hù)措施。

（3）進(jìn)行繼電保護(hù)系統(tǒng)整組檢測時，應(yīng)使對應(yīng)開關(guān)設(shè)備處于合閘運行狀態(tài)，從電流及電壓端子通入與故障情況相符的模擬故障量，檢查保護(hù)回路及整定值的正確性，禁止使用卡繼電器接點、短路接點或類似人為手段進(jìn)行保護(hù)裝置的整組檢測。

（4）對處于35 kV環(huán)網(wǎng)同一供電臂的GOOSE通信介入型保護(hù)裝置，應(yīng)校核繼電保護(hù)系統(tǒng)通信設(shè)備傳輸信號的可靠性和冗余度，防止因通信問題引起保護(hù)選跳功能喪失，而造成誤動作。

（5）對處于同母進(jìn)出線的35 kV三工位開關(guān)柜設(shè)備，在運營期間開展接地電焊等作業(yè)時，應(yīng)斷開對應(yīng)的35 kV開關(guān)，同時相應(yīng)保護(hù)及控制電源空氣開關(guān)應(yīng)處于合閘狀態(tài)，防止電焊電流通過高壓電纜及35 kV三工位開關(guān)維護(hù)接地的閉合電流回路，啟動過電流、開關(guān)失靈等保護(hù)，觸發(fā)上一級繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置的誤動作現(xiàn)象。

3 繼電保護(hù)系統(tǒng)的檢測

3.1 采樣回路檢測

繼電保護(hù)系統(tǒng)需要通過采集電流、電壓等模擬量來感知電力系統(tǒng)的各項電氣量參數(shù)，故在系統(tǒng)投入使用前必須做好基礎(chǔ)采樣層設(shè)備、回路的各項檢測工作，防止虛接、寄生回路、設(shè)備超負(fù)荷等原因造成采樣精度下降、電流量分流、電壓短路等故障及隱患。

3.1.1 電流采樣

電流采樣時，應(yīng)實測電流互感器的二次負(fù)載阻抗，并與變比、10%誤差曲線檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行核對測算，驗證系統(tǒng)發(fā)生短路故障時是否滿足準(zhǔn)確等級能力的要求；同時，應(yīng)對二次繞組輸出回路的閉合情況逐個進(jìn)行檢測，一般在回路的最始端接線處或端子排處施加額定電流，檢測回路中各設(shè)備的實測采樣電流，判斷閉合回路是否完整及是否存在寄生回路分流情況。

3.1.2 電壓采樣

電壓采樣時，應(yīng)在各二次電壓母線施加額定電壓量，檢測回路中各設(shè)備的實際采樣電壓，判斷電壓母線上的設(shè)備接入情況和是否存在短路現(xiàn)象。檢測前應(yīng)確認(rèn)二次相線及中性點的接線與電壓互感器本體完全斷開，防止發(fā)生反送電，造成高電壓傷害。

3.1.3 二次接地

電流互感器CT及電壓互感器PT的二次回路必須有且只有一點接地，由幾組CT二次組合的電流回路，如差動保護(hù)、雙斷路器主接線的保護(hù)電流回路，其接地點宜選在控制室。各PT二次中性點不得接到可能斷開的開關(guān)或接觸器等設(shè)備，各PT中性點在開關(guān)場的接地點應(yīng)斷開，其二次回路經(jīng)零相小母線N600聯(lián)通后，在控制室保護(hù)屏柜內(nèi)進(jìn)行一點接地，并做好標(biāo)識掛牌。

3.2 保護(hù)動作能力檢測

繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備在直流電源環(huán)境下工作，對電源電壓的參數(shù)變化應(yīng)有較高的適應(yīng)能力，確保在直流供電能力下降過程中，各類動作線圈和出口接點仍有較強(qiáng)的動作可靠性。

3.2.1 繼電保護(hù)裝置

應(yīng)退出直流系統(tǒng)的工作電源，通過檢測儀器或直流檢測電源屏輸出對保護(hù)裝置進(jìn)行拉合直流電源的檢測，包括失壓后短時接通、斷續(xù)接通、直流電壓緩慢及大幅度地升或降的檢測，檢測過程中不得出現(xiàn)誤動作或信號誤表示的情況。繼電保護(hù)裝置應(yīng)在85%額定直流電壓條件下能夠正確動作，更換不能自動起動的直流逆變電源。

3.2.2 繼電保護(hù)出口繼電器

實測出口繼電器起動電壓不應(yīng)低于直流額定電壓的55%，以防止繼電器線圈正電源側(cè)接地時因直流回路過大、電容放電引起誤動作；也不應(yīng)高于70%，以保證直流電源降低時可靠動作和正常情況下快速動作。

3.2.3 斷路器跳、合閘線圈

實測斷路器跳閘線圈動作電壓不應(yīng)低于額定電壓的30%，不應(yīng)高于額定電壓的65%，以防止直流回路一點失地造成保護(hù)跳閘；跳、合閘線圈的出口接點控制回路必須設(shè)有串聯(lián)自保持的繼電器回路，以保證出口繼電器的接點不斷弧，斷路器可靠動作。

3.3 保護(hù)出口邏輯檢測

多功能集成的繼電保護(hù)裝置在投入使用前應(yīng)做好出口邏輯檢測和后臺信息正確性核對，確保設(shè)備投入使用后保護(hù)功能不缺失。針對多項保護(hù)功能共同作用于一個開關(guān)出口跳閘壓板的情況，在進(jìn)行保護(hù)功能校驗時，應(yīng)根據(jù)保護(hù)出口矩陣方式逐個檢查直至其硬壓板接線處，防止保護(hù)裝置內(nèi)部跳接線錯誤，避免不能實際動作于相應(yīng)斷路器。對于保護(hù)裝置各項動作信息，除檢查各工作、備用信號接點外，還應(yīng)逐一核對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的報文動作情況及報文名稱的正確性。

4 繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障監(jiān)測與排查方法

導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的因素較多，比較常見的有內(nèi)部設(shè)備及其元件質(zhì)量和安裝接線遺留隱患、環(huán)境溫度過高及設(shè)備超負(fù)荷運行、外部系統(tǒng)故障的影響等。如果不能嚴(yán)格控制、規(guī)范應(yīng)用，繼電保護(hù)系統(tǒng)就不能充分發(fā)揮應(yīng)用的保護(hù)功能，甚至造成各種事故或問題的爆發(fā)，使整體動力系統(tǒng)的正常安全運行受到損害。專業(yè)技術(shù)人員要掌握故障的監(jiān)測與排查策略，才能更加迅速、精確地尋找到故障地點。

4.1 綜合推算法

綜合推算法適用于電力系統(tǒng)發(fā)生故障跳閘后，在未發(fā)現(xiàn)實際高壓電氣設(shè)備故障點或故障現(xiàn)象未達(dá)到預(yù)定的啟動跳閘條件的情況，以及繼電保護(hù)系統(tǒng)出口動作后而造成的非正常停電事故。針對此類故障，應(yīng)根據(jù)實際設(shè)備的運行方式直接推算分析繼電保護(hù)系統(tǒng)動作的正確性。

（1）參考故障電氣設(shè)備的接線方式、系統(tǒng)運行方式、潮流方向，分析繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置與其對應(yīng)關(guān)系是否正確。（2）排查高壓設(shè)備電氣參數(shù)與繼電保護(hù)系統(tǒng)動作值的對應(yīng)關(guān)系，主要包括一次設(shè)備的額定電氣參數(shù)、電流互感器變比等。（3）核對繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置的整定值設(shè)置情況，綜合推算分析引起保護(hù)動作的條件。

4.2 回路驗證法

經(jīng)綜合推算后，如果仍無法發(fā)現(xiàn)造成非正常停電事故的繼電保護(hù)系統(tǒng)的故障原因，需要應(yīng)用回路驗證法對相關(guān)繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備及回路進(jìn)行逐一檢查，驗證其功能的正確性，從而復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象。

（1）檢查電流、電壓采樣回路是否存在虛接、短路等造成誤動作風(fēng)險的情況。（2）檢查繼電保護(hù)系統(tǒng)的電源、CPU的工作狀態(tài)，排除保護(hù)裝置死機(jī)、內(nèi)部故障等引起不正常工作狀態(tài)的可能。（3）校驗并核對繼電保護(hù)系統(tǒng)功能邏輯的正確性。（4）檢查、測試?yán)^電保護(hù)系統(tǒng)出口繼電器的動作值及跳、合閘二次回路的接線可靠性。

4.3 外因排除法

外因排除法可以把一些電氣設(shè)備外部出現(xiàn)的問題放到一起加以比較分析，查找引起繼電保護(hù)系統(tǒng)故障的原因。

（1）調(diào)取變電所內(nèi)的故障錄波信息，排查故障發(fā)生期間出現(xiàn)的各類開關(guān)量變位、模擬量突變信息。（2）排查環(huán)境影響因素，如雷電入侵、環(huán)境溫度過高、環(huán)境濕度過大、設(shè)備超負(fù)荷運行等情況。（3）排查下級供電負(fù)荷故障因素，如大功率電機(jī)多臺疊加連續(xù)啟動、零序電流接地保護(hù)選擇性未投入等。（4）排查上級電網(wǎng)供電質(zhì)量因素，如外部電源短路故障引起的穿越電流影響、長距離高壓電纜輸電容升現(xiàn)象等。

5 結(jié)束語

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可以應(yīng)用在電力一類電氣設(shè)備，具備監(jiān)視、自動檢測和維護(hù)的功能。當(dāng)出現(xiàn)供電系統(tǒng)故障后，繼電保護(hù)系統(tǒng)和故障檢查能夠準(zhǔn)確、高效地提供跳閘命令，這些命令具有選擇性，一方面能有效切除故障，另一方面能產(chǎn)生故障警報，這將進(jìn)一步減少故障給整個供電系統(tǒng)的運營造成的惡劣影響。