繼電保護(hù)裝置故障信息匯總和分析

韋妮恒

（大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司，四川 攀枝花 617012）

一、繼電保護(hù)常見的問題分析

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的特征，也帶來了許多新的問題，使繼電保護(hù)的工作條件更加嚴(yán)酷：比如輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電壓、電流中含有很大的非周期暫態(tài)分量，可能導(dǎo)致諧波量增加，按工頻比較原理構(gòu)成的各種繼電保護(hù)裝置必須在濾除這些暫態(tài)分量后才能正確判斷，動作時(shí)間不可能太短；現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行方式多變，保護(hù)裝置的配置、配合和整定計(jì)算都比較困難，出現(xiàn)非選擇性動作的幾率增大，特別是后備保護(hù)；由于線路長、負(fù)荷重，按躲過最大負(fù)荷整定的阻抗繼電器可能出現(xiàn)靈敏度不足的問題；受線路不平衡等因素的影響，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)就有可能存在負(fù)序或零序電流，這對負(fù)序保護(hù)、零序保護(hù)，以及由負(fù)序或零序起動的縱聯(lián)保護(hù)的靈敏度也將產(chǎn)生影響；分裂導(dǎo)線的應(yīng)用，將會使系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電容電流加大，導(dǎo)致差動保護(hù)靈敏度降低、相差保護(hù)相位誤差加大；由于故障暫態(tài)量變大，干擾因素增多，影響可靠性的因素也增多，所以保證可靠動作變的十分困難。有時(shí)不得不增加一些硬件接線和軟件算法，通過多級判斷、多重判據(jù)來提高可靠性，但復(fù)雜程度過高有可能使可靠性降低。

近年來繼電保護(hù)系統(tǒng)在通信和信息處理技術(shù)的發(fā)展和支撐下，通過采用雙重化配置帶通道的電流差動和方向比較原理的保護(hù)裝置，保護(hù)動作可靠性得到了提升，但隨著分布式能源大量接入對繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，繼電保護(hù)裝置將面臨更多的挑戰(zhàn)：第一，當(dāng)前繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)仍是一種剛性結(jié)構(gòu)，均要預(yù)先對其聯(lián)接方式、保護(hù)的對象以及適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)條件進(jìn)行設(shè)定，自適應(yīng)能力較弱。第二，繼電保護(hù)系統(tǒng)故障(包括隱藏的故障)帶來的風(fēng)險(xiǎn)依然存在。現(xiàn)有繼電保護(hù)雖然能夠?qū)^電保護(hù)裝置中的元件失效進(jìn)行在線自診斷，但尚不能進(jìn)行繼電保護(hù)裝置故障的自動轉(zhuǎn)移或者功能恢復(fù)。當(dāng)繼電保護(hù)裝置自檢到某個(gè)元器件或者芯片故障時(shí)，只能選擇報(bào)警，而不能尋找替代元件或者達(dá)到自愈和功能恢復(fù)。在當(dāng)前水電廠繼電保護(hù)裝置采用雙重化配置的情況下，雖然一套保護(hù)裝置故障不必馬上停運(yùn)一次設(shè)備，但保護(hù)系統(tǒng)的整體可靠性仍不能得到較好的滿足。

二、水電廠繼電保護(hù)裝置存在的故障信息匯總

針對水電廠運(yùn)行期間繼電保護(hù)裝置常見故障的存在，根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，對常見故障信息進(jìn)行了以下匯總以便為構(gòu)建水電廠繼電保護(hù)故障信息分析處理系統(tǒng)提供更多可參考的依據(jù)。

1、水電廠發(fā)電機(jī)組故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)

發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全。發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行中可能發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)，特別是現(xiàn)代的大中型發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量大，對系統(tǒng)影響大，損壞后的修復(fù)工作復(fù)雜且工期長，所以對繼電保護(hù)提出了更高的要求。針對發(fā)電機(jī)的故障和不正常工作狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置。 發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行方式的保護(hù)主要有：定子繞組過負(fù)荷保護(hù)，轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)，發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)，發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)，發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)，逆功率保護(hù)，失磁保護(hù)，發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行保護(hù)等等。

2、電力變壓器的故障及異常運(yùn)行方式

若以故障點(diǎn)的位置對故障進(jìn)行分類，有油箱內(nèi)的故障和油箱外的故障。變壓器的異常運(yùn)行也會危及變壓器的安全，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理，會造成變壓器故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變壓器。因此為了可靠的保護(hù)變壓器，除了配置差動保護(hù)和重瓦斯保護(hù)等主保護(hù)，還要配置后備保護(hù)，比如對外部相間短路引起的變壓器過流，應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)作為后備保護(hù)。保護(hù)動作后應(yīng)帶時(shí)限動作于跳閘。①過流保護(hù)：降壓變壓器，保護(hù)整定時(shí)應(yīng)考慮事故時(shí)可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。②復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)：升壓變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器、過電流保護(hù)靈敏度不足的降壓變壓器。③阻抗保護(hù)：當(dāng)采用復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)及負(fù)序電流和單相式低壓起動的過電流保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)。

三、構(gòu)建水電廠繼電保護(hù)故障信息分析處理系統(tǒng)

1、構(gòu)成繼電保護(hù)和安全自動裝置選擇的原則

繼電保護(hù)和安全自動裝置選擇的原則應(yīng)符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

可靠性：區(qū)內(nèi)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)該可靠正確動作，不拒動。

選擇性：故障時(shí)只切除故障元件，使故障元件盡量縮短，保證無故障部分安全運(yùn)行。

速動性：快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少故障影響范圍以提高自動裝置的動作成功率。

靈敏性：指對區(qū)內(nèi)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力，不論故障點(diǎn)位置、類型、是否經(jīng)過渡電阻及運(yùn)行方式變化都能正確動作。

當(dāng)確定其配置和構(gòu)成方案時(shí)，應(yīng)綜合考慮幾個(gè)方面，并結(jié)合具體情況，處理好上述四性的關(guān)系。

2、加強(qiáng)故障數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)現(xiàn)保護(hù)監(jiān)控一體化

數(shù)據(jù)分析處理是指根據(jù)所采集的故障數(shù)據(jù)對保護(hù)裝置動作情況進(jìn)行的各類判斷、分析以及故障點(diǎn)的確定，使繼電保護(hù)人員及時(shí)掌握系統(tǒng)故障情況及保護(hù)動作行為，快速查找故障點(diǎn)，迅速進(jìn)行事故處理及恢復(fù)，同時(shí)還包括各種故障分量的計(jì)算和管理工作等。可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動地、準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動作，積累第一手材料，提高對電力系統(tǒng)規(guī)律的認(rèn)識，利于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

目前數(shù)據(jù)分析處理功能主要有：波形分析及故障測距等計(jì)算功能。波行分析是指對模擬量和開關(guān)量進(jìn)行圖形化的波形顯示，還可以進(jìn)行矢量分析、諧波分析、阻抗分析、功率分析和頻率分析。故障測距是指根據(jù)源數(shù)據(jù)進(jìn)行單端及雙端對稱助增技術(shù)測出故障距離范圍，提供包括故障線路、故障時(shí)間、故障相別、故障距離、故障后電流電壓有效值、跳閘時(shí)間、重合閘時(shí)間、再次故障以及啟動線路、斷路器位置變化等信息的故障分析報(bào)告。

繼電保護(hù)與安全自動裝置分開設(shè)置，不僅硬件重復(fù)設(shè)置，而且相互之間缺乏配合，性能不夠理想；采用廣域保護(hù)后，可采用一體化設(shè)計(jì)，集“三道防線”于一體。目前國內(nèi)大部分水電廠、變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了保護(hù)監(jiān)控一體化，大大簡化了二次系統(tǒng)的接線，完全能夠滿足保護(hù)和監(jiān)控的需要；隨著技術(shù)的進(jìn)步，高壓線路、發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的保護(hù)監(jiān)控一體化將是繼電保護(hù)、綜合自動化技術(shù)發(fā)展的方向。

3、推進(jìn)智能式互感器、斷路器的應(yīng)用

互感器飽和是目前繼電保護(hù)中最難以解決的問題之一，影響繼電保護(hù)性能。智能互感器直接輸出低壓數(shù)字信號或模擬信號，可有效解決上述問題。繼電保護(hù)裝置與斷路器回路有著十分密切的聯(lián)系，繼電保護(hù)發(fā)出的跳閘和合閘命令最終都要通過斷路器來執(zhí)行，斷路器的動作狀態(tài)（合閘、分閘）要回饋給繼電保護(hù)裝置，目前這些信息的交換都是通過電纜硬線連接實(shí)現(xiàn)的，這樣，保護(hù)裝置與斷路器之間至少要有3～4條的電纜線；智能斷路器與繼電保護(hù)之間通過通信網(wǎng)絡(luò)連接，比如斷路器跳、合閘命令，斷路器的位置狀態(tài)都通過通信線傳輸。

4、基于單端故障信息的全線速斷保護(hù)

電流電壓保護(hù)、距離保護(hù)等，基于單端信息，但不能實(shí)現(xiàn)全線速斷；縱聯(lián)保護(hù)能夠全線速斷，但必須依靠多端的故障信息，需要建立通信連接；單端信息的全線速斷，可以僅依靠一端信息實(shí)現(xiàn)全線故障速斷切除，其基本原理是利用線路的故障暫態(tài)分量來構(gòu)成線路保護(hù)。

四、總結(jié)

繼電保護(hù)裝置是關(guān)系到水電廠是否能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，也是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的第三道防線，對保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、保障電能質(zhì)量、防止事故的發(fā)生和故障的擴(kuò)大都有著非常重要的作用。但隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。總之，繼電保護(hù)必將隨著各種技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展呈現(xiàn)更新的特征，也將獲得更廣泛的應(yīng)用。

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