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高压变电站继电保护存在问题的分析与改进

潘胜玉，李琳，孙玉攀，郑建新

(鞍钢股份营口鲅鱼圈钢铁分公司环境与能源部，营口115007)

摘 要：介绍了66～220kV总降压变电所二次变电站综合自动化系统继电(微机)保护二次回路存在的问题，并进行了分析探讨，提出了相应的改进完善措施，对今后发展进行了分析规划。

关 键 词：高压变电站；继电保护二次回路；综合自动化；直流电源；重合闸

1 概述

近年来，随着我国电力系统微机保护装置功能及二次回路接线日趋完善，鞍钢股份营口鲅鱼圈钢铁分公司66～220kV等10座变电站二次系统已全部实现了集合一体化(五遥)、综合自动化，66kV及以上变电站已全部实现无人值守。电网是一个不可分割的整体，变电站综合自动化系统对整个电网的一次设备信息进行综合一体化在线分析，对保证电网安全稳定可靠运行具有重大的意义。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。而在实际工作中，确还存在一些问题需要点检维护人员去探讨、解决，否则，同样会影响保护装置动作的可靠性，将危及电网的安全运行，所以这是今后分公司发展需要解决的问题。

2 直流电源的可靠性

直流电源对于保护装置来说是非常重要的，它的可靠性如果不能得到保证，保护装置的可靠性也就无从谈起。“反措”要求直流双母线分级分组配置，经过几年来的改进已基本完善。但就目前生产的微机保护装置而言，还存在一些问题，特别是保护装置的电源板，点检维护人员不可忽视，需要认真对待，并给予解决

其中最主要的是保护装置电源器件的质量问题，这是微机保护的一个薄弱环节，大的生产厂家在出售装置时就带一块备用的电源模块，并要求两年更换。已投运的装置电源插件必须在现场通过认真试验检查，才能保证装置的安全运行。如变电站直流电源波纹系数过大，或偶尔冲击造成装置电源不稳定，轻则发生装置异常，重则导致保护误动作。因为性能较弱的装置电源，遇到冲击、干扰其输出工作电压也会有波动。现场就发生过由于装置电源插件抗干扰弱，在正常运行情况下A／D出错，转换出了高于差动跳闸定值的差流量，导致误切主变的事故。

直流电源的瞬变和渐变试验，是微机保护的一个重要实验内容，包括直流电源的突然投入和突然断开。主要检查是否会引起保护装置的异常动作，同时应做直流电源的渐升渐降试验，主要针对直流系统的远方短路故障。

对直流电源的监视也同样重要，目前出厂的保护装置，如主变的主保护，三侧后备保护都有“直流消失”信号，三侧操作箱有“控制回路断线”信号，在常规变电站都能起到监视直流电源的作用。而在综合自动化变电站，装置的直流电源跳开(指屏后自动开关)和通信网因故中断，都发“通信中断”信号，不便于运行人员判断是哪一种故障。采取的方法是更换屏后的直流自动开关(为带一辅助触点的自动开关)，如当高压侧后备保护自动开关断开，可用其辅助触点给中、低压侧后备保护，或断控单元一个开入量，并在后台监控机上定义为“高压侧后备保护直流消失”。其他侧相同。这样，避免了由于装置接口故障或单侧保护通信线断开使运行人员分不清到底是装置直流消失，还是装置通信故障，而不能掌握处理故障的轻重缓急。

另外，有些厂家对于主变保护的本体保护箱无直流消失的监视功能。如果本体保护的直流开关断开，将造成主变的本体保护拒动，后果可想而知。解决办法有：①可利用带辅助触点的直流自动开关发遥信，方可同上。②可利用装置本身的备用继电器，使其线圈一端接正电源，另一端接负电源，电源正常时，其常励磁；如果电源消失，触点闭合发遥信；如果只有动断触点，只需要后台监控机上将其触点反定义即可。

3 介绍控制回路的监视

有时设计院将控制回路设计成图1方式，是为了避免开关压力降低，或SF6密度降低闭锁时，串联在跳、合闸回路中的闭锁触点断开，红绿监视灯灭，不能正确反映开关的位置。但忽略了红绿灯对合、跳闸回路的监视作用。

常规的“控制回路断线”是由HWJ、TWJ的动断触点串联而得，众所周知，跳、合闸回路的可靠性是通过HWJ、TWJ来监视的，如果改用图1接线，跳、合闸回路失去监视，直接威胁设备的安全运行。

可行的办法是红绿监视灯直接接一对DL辅助触点，使开关位置能够适时监视，而HWJ、TWJ按常规接线，其动断触点串联发“控制回路断线”，保证了对控制回路的监视，同时也反映了开关的真实位置。

4 重合闸问题

现已投入的无人值守变电站中，CZX—12R2、RCS—931(953)型线路保护控制回路和重合闸回路的配合存在如下问题：因为平时分合开关用遥控操作，重合闸只判TWJ触点，只要充电时间到，TWJ动合触点闭合，重合闸就重合；手跳时由于手跳继电器对重合闸进行放电，重合闸不重合；事故跳闸时只要开关跳开，TWJ动作，就发重合令。这样，当设备检修时，运行人员如果只退出控制电源，TWJ返回，而保护装置电源没有退出，保护装置收不到TWJ的开入信号，就会误认为开关已合上，并经15s充电，当运行人员再次投入控制电源时，TWJ励磁动作，满足重合闸条件。开关自动重合，引起异常动作。而加控制开关一般是不起作用的，因为控制开关在无人值守变电站是没有人操作的。此问题要求运行人员对所有仍用遥控操作的无人值守及综合自动化变电站必须做到：

(1)同时退出、同时投入控制、保护电源。

(2)在操作时应先退保护电源，后退控制电源；先投控制电源，后投保护电源。

可行的办法是装置增加合闸后继电器，无论是手合还是遥合开关，其动作并保持。无论是手跳还是遥跳开关，其返回。这样重合闸的启动由手合继电器的触点状态判定，只要其动作，就允许重合，其返回，在任何情况下都不能重合。如此，前述出现的异常动作就可避免。

5 母线电压的可靠性

母线电压对保护装置是至关重要的。通常，母线电压消失都能发出“PT断线”信号，在一般情况下，PT断线闭锁距离保护，零序电流保护为无方向，但是PT、断线信号是否能可靠发出，最主要是要求检验人员在检验时，不但要模拟端子排处的电压断线，还要模拟PT端子箱处的PT断线，特别是单相断线。因为在PT箱子端处断一相电压，往往通过其他回路耦合，在断线相的电压不为零。

另外，现在为保证供电可靠性，大量综合自动化变电站采用备用电源自投装置，而备自投启动的条件往往是检无压，用电流作为PT断线的闭锁条件。但在有些变电站，其负荷为扬水灌溉负荷，也就是说，在扬水期是满负荷，而非扬水期，负荷可能减小到只有所用负荷或电网自身的损耗负荷，那么这时的电流闭锁将无法整定，即起不到PT断线闭锁作用。如果此时PT断线(如屏后门自动开关断开或异常松动将无人知晓)备自投将判断无压、无流而误动作。解决以上问题的办法如下：

(1)加电压检测继电器，如果PT断线，发光字或发遥信，以便运行人员及时恢复电压，大大减少误动概率。

(2)用电压继电器启动时间继电器，躲过备自投动作复归时间后闭锁备自投，即用时间继电器触点给备自投一个闭锁信号，同时发遥信通知检修人员，更有效地防止了备自投的误动。

(3)变电站PT二次电压所用的自动开关是分相的，所以装置在不考虑三相电压同时断开的前提下其PT断线判据可以为：U_ab>U_zd，U_bc<U_zd或U_ab<U_zd，U_bc>U_zd；式中：U_ab，U_bc为母线电压，U_zd为整定电压值。此判据满足后发“PT断线”信号，并闭锁备自投装置。

6 其他问题

(1)由于运行中高压断路器，其防跳闭锁、压力继电器等在开关机构箱内部，各单位分工不同，往往机构箱内的继电器得不到及时维护。在粉尘较大的情况下，由于机构箱密封不严造成内部回路、继电器触点不可靠。建议尽量用保护屏上操作箱内的闭锁回路，在保护人员定期检验保护时，操作箱一并检验，以减少户外恶劣天气的影响。

(2)保护装置的原理是否适用安装地点，每一套保护装置都应通过原理试验，证明其是否能完全满足、胜任其所在的岗位。现场曾出现过微机线路保护下一级变电站低压侧短路，不等主变保护动作，上一级线路保护就抢跳的事故，造成一座66kV变电站全停。事后调查，原因是这套线路保护当发生二段、三段范围内的两相短路接地及三相短路时，装置以两种距离保护中较短的时限跳闸，后经厂家更换软件才得以解决。

(3)保护装置的电流回路(CT回路)有接过电压保护器的，由于过电压保护器故障率较高，建议取消。

(4)控制回路中使用两套防跳闭锁回路，经常造成断路器合、分闸线圈烧坏事故。

(5)保护装置要特殊接地，与保护屏接地分开。控制回路电缆一定要采用屏蔽电缆。

7 结束语

通过以上综合分析，可以看到变电站二次系统虽然实现综合自动化，但继电保护的二次回路还存在一定问题，如何维护与完善，对于今后实现设备运行管理现代化，提高电网的安全经济运行水平将起到了很大的促进作用，它将大大提高电网运行可靠性。

参 考 文 献：

[1]   杨奇逊．变电站综合自动化技术发展趋势．电力系统自动化，1995，19(10)．

[2]   王海猷，贺仁睦．变电站综合自动化监控主站的系统．电网技术，1999．23(3)．