電氣二次設計常見問題的研究

華自科技股份有限公司 傅元秀

電氣二次設計常見問題的研究

華自科技股份有限公司 傅元秀

本文從安全防誤、繼電保護、光纖縱差保護、二次接地與抗干擾和電流、電壓的選用等方面對電氣二次設計的問題進行探討，以期為確保電網安全提供理論依據。

電氣二次設計；安全；配置；保護

繼電保護、安全防護和安全閉鎖裝置是電力系統安全衛士，沒有繼電保護自動化系統的保證，也就無法保證系統的安全穩定和經濟運行。本文筆者結合自己多年的實際工作經驗，對電氣二次設計中常見的問題進行總結與研究，以期為確保電網安全提供理論依據。

1.安全防誤

國家電網公司的《防止電氣誤操作裝置管理規定》中規定的：凡有可能引起以上事故的一次電氣設備，均應裝設防誤裝置。防誤裝置應實現以下“五防”功能：一是防止誤分、誤合開關：二是防止帶負荷拉、合隔離刀閘：三是防止帶電掛(合)接地線(接地刀閘)：四是防止帶接地線（接地刀閘)合開關(隔離刀閘；五是防止誤入帶電間隔。為了能有效地實現“五防”功能，有效地避免誤操作事故的發生，必須在電氣設備上設置閉鎖裝置或裝設微機五防系統，即機械閉鎖裝置、電磁鎖、程序鎖、電氣閉鎖等系統。防誤裝置應具備以下基本要求：結構簡單、可靠，操作維護方便，盡可能不增加正常操作和事故處理的復雜性；應有專用的解鎖工具(鑰匙)：防誤裝置應滿足所配設備的操作要求，并與所配用設備的操作位置相對應：防誤裝置應不影響開關、隔離刀閘等設備的主要技術性能；防誤裝置應選用符合產品標準、并經國家電網公司或區域、省《區、市)電網公司鑒定的產品。

目前在應用的防誤裝置的類型主要有：掛鎖、機械閉鎖裝置、電氣閉鎖裝置、微機防誤閉鎖裝置等。為了確保電網系統的安全運行，杜絕變電運行人員發生誤操作事故，應從如下方面入手：①加強防誤裝置的管理，明確防誤專責人員，建立防誤裝置臺帳，對各種型號的防誤裝置的故障率進行認真統計分析，做好基礎工作。制定電氣防誤閉鎖裝置的運行規程和檢修制度，明確職責，落實責任。加強閉鎖裝置萬用鑰匙保管和使用的管理。要把防誤閉鎖裝置的日常維護和定期檢修工作落到實處。保證防誤裝置安裝率、完好率、投入率100%。②電動刀閘操作箱亦應納入規范化管理，電動按鈕及分合閘中間繼電器(接觸器)應有防誤碰措施，對沒有電氣閉鎖的電動刀閘操作后應及時斷開操作電源，刀閘操作電源必須有獨立的控制開關，且操作電源必須取自電機電源(防止帶自保持的分合閘中間繼電器在沒有電源的情況下操作后，運行人員合上電機電源時刀閘誤動作)。③針對不同類型機構的特點，對不同電壓等級的隔離開關、接地刀閘以及網門等采取具體措施(加裝位置對應裝置)，增加不同的附件達到防空行程的目的[1]。

圖1 光纖縱差保護系統的組成Fig.1 Structure of fiber optic protection system

2.繼電保護

繼電保護是保障大電網安全的第一道防線。如果保護裝置在故障發生時正確、快速、可靠動作，將有效遏制系統的狀態惡化，起到保障電網安全穩定運行的作用。反之。則可能擴大事故，甚至導致電網大面積停電。近年來國內外頻繁發生的大停電事故調查表明，雖然引發電網大面積停電的因素很多，但由于保護誤動、拒動以及電網大范圍潮流轉移過程中發生的保護連鎖動作，是導致事故擴大，乃至引發系統大面積停電的關鍵因素之一。實踐表明，繼電保護系統在保證電力系統正常運行過程中起到一個舉足輕重的作用。繼電保護系統的失靈相當程度上影響了電力系統安全、穩定運行的能力。而保護系統中的隱形故障被認為是電力系統發生大范圍連鎖性故障的主要因素。值得一提的是，繼電保護及二次回路隱形故障是完全可以預防的。使用目前國內比較先進的保護設備，主保護裝置具有自診斷功能，對于裝置的一些異常情況都能進行在線監測；關鍵的問題是必須加強設備管理，嚴格執行規章制度，建立健全設備的基礎技術臺帳；作到設備維護、檢修到位，人員工作到位，將設備的一些細微變化記錄在案，對運行設備的變化情況進行對比分析，找出存在的問題，有針對性的進行處理；盡量降低設備隱形故障的危害，使系統和電氣設備避免大規模的事故[2]。

3.光纖縱差保護

光纖縱差保護由于具有中繼距離長、傳輸信息量大、抗干擾性能好、防止雷電等優點正廣泛應用于電力系統中。光纖縱差保護系統主要由保護裝置、光通信接口設備和光通信系統組成，以雙端光纖保護系統為例，如圖1。

光纖縱差保護的基本原理是通過交換線路兩側的模擬量，比較兩側電流方向或大小來判斷被保護線路上是否發生了短路，以決定保護是否動作。縱差保護原理的理論基礎是基爾霍夫電流定律，它具有良好的“天然”選相能力和良好的網絡拓撲適應能力(能適應任何型式的輸電線路)，對于提高電力系統的安全穩定性和輸電供電的靈活性為目標的電網的建設，具有非同尋常的意義[3]。

4.二次接地與抗干擾

電力二次系統工作性能的穩定可靠對予整個電力系統具有重要作用。分析研究電力二次系統的接地及其抗干擾等問題具有重大意義。二次系統接地的常用種類有：①工作接地：工作接地是為系統正常工作而設置的接地。如為了降低電力設備的絕緣水平，在1lOkV及以上電力系統中采用中性點接地的運行方式，在兩線一地的雙極高壓直流輸電中也需將其中性點接地。②防雷接地：為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設備都必須配以相應的接地裝置以便將雷電流引入大地。③安全接地：為了保證人身的安全，將電氣設備外殼設置的接地。二次系統接地方法主要有保護系統和信號系統的接地、二次回路的接地、二次電纜屏蔽層的接地等。二次系統的常見干擾源主要有：電磁耦合干擾、射頻干擾、雷電干擾、操作引起的干擾以及短路電流、二次回路操作、局部放電及電力二次系統內部的電子元器件等等產生的干擾。

在設計電力二次系統時，在硬件上采用一些抗干擾措施，可以有效抑制干擾信號的侵入，提高裝置的抗干擾能力。主要措施有：

①隔離為了抑制共模干擾，保護裝置中與外界連接的線路如模擬量、輸入輸出開關量、數字量和電源線等，經由光電隔離或隔離變壓器隔離后再進入裝置內部。其中光電隔離主要通過光電耦合器將外部開關量信號及開關量輸出和內部電氣回路進行隔離，隔離變壓器主要通過專用變壓器將一、二次側的交流回路隔離。

②屏蔽屏蔽的實質是通過具有良好導電性的金屬所構成的全封閉殼體來隔離和衰減電磁干擾，如微機保護的殼體，將核心數字部件、A／D轉換器等器件裝在內屏蔽殼體內。常見的屏蔽方式有抑制寄生電容耦合干擾的電場屏蔽(如電壓、電流變換器一、二次側繞組之間隔離)和防止電磁耦合及感性耦合的磁場屏蔽等。

③濾波、退耦與旁路抑制橫模干擾的主要方法是采用濾波和退耦電路。交流信號輸入通道都有前置模擬低通濾波器，兼有抗干擾的作用。從抗干擾角度考慮，RC濾波器比LC濾波器好，因為RC濾波器是耗散式濾波器，把噪聲能量變成熱能耗散掉了，而LC濾波器則會產生附加的磁場干擾，所以電感要加屏蔽罩。在電源系統中，對每個電路或每個組件都要采用退耦電路供電。

5.電流、電壓的選用

電流、電壓互感器的主要用途是為繼電保護、測量、儀表提供電力系統一次電流、電壓的信息。電流、電壓互感器的二次參數是與繼電保護、測量、儀表的特性和要求相適應的，其性能直接影響繼電保護的可靠性、測量和計量的精度，影響電網安全及工程投資等。由于數字電子技術的發展，微機保護在電網中得到廣泛應用，數字式電子測量表記代替了常規電磁式儀表，這給常規電磁式互感器制造及參數選擇提出新的問題。第一，測量用互感器只有負載在25%～100%時才能保證其精度，由于綜合自動化的應用，取消了電測儀表、控制設備，一般用綜合測控裝置自身的顯示器，再加上設備布置更加緊湊，電纜用量減少，互感器的實際負載遠小于25%的額定負載，負載不能匹配，精度難以保證；第二，計費用表記精度達0.2S級，交流采樣精度也達O.2級，按常規配置，互感器的精度比所接儀表精度應高一級，即O.1級，目前沒有該精度的產品，由于電網規模不斷擴大，很難查到暫態特性好同時短路電流倍數又大的電磁特性電流互感器。第三，保護回路要求獨立，測量、計量各要求獨立的二次繞組，二次繞組數量越來越多，特別是一個半開關接線的接線更是復雜，在此對保護規程提出質疑，能否同一套保護的主保護、后備保護共用一組CT，實際應用中及少有互感器的二次繞組故障，二次繞組數量多可靠性不一定就高。電力系統正在向超高壓、大容量電網發展，電磁式電流互感器越來越難以滿足發展的要求，鐵心易飽和，動態范圍小，易受電磁干擾，二次開路易產生高壓，易產生鐵磁諧振等。有文獻報道，光電互感器與光纖通信技術和計算機技術結合，組成光纖局域網，應用于電力系統，是變電站自動化系統發展的方向。

6.結語

計算機技術、信息技術、光電技術的發展使電力系統自動化、繼電保護及自動控制技術產生了新的變革。為更好地進行新技術的推廣與應用，與之相適應的規程規范應不斷修改、完善。同時，科研、制造、設計等部門不斷推出經濟、可靠、實用的新產品，為提高電力系統自動化水平、確保電網安全，作出更大的貢獻。

[1]黃建軍.電力系統中電氣防誤裝置操作管理[J].廣東科技,2008,9:102-103.

[2]王雨.基于繼電保護隱性故障的電網安全綜述[J].科技資訊,2011,25:152.

[3]袁濤,潘捷,李真,等.農村電網中光纖縱差保護的應用[J].電力系統保護與控制,2009,16:84-86.

傅元秀（1975—），女，苗族，湖南麻陽人，大學本科，工程師。