淺析基于繼電保護裝置構建下的二次回路單點損壞保護

王濤

摘 要：今年來，由于單點損壞造成的繼電保護事故有很多，本文從問題根源出發，對二次回路的單點損壞進行了分析和探討，并制定了一些有針對性的防范措施，在現場的具體實踐下，這些措施被證明是合理的、有效的。

關鍵詞：繼電保護裝置；二次回路；單點；損壞；措施

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

繼電保護是電力系統運行安全經濟的保證，是其最為關鍵的組成部分，可以有效預防事故的發生，對事故進一步擴大化發揮著重要的作用。近年來，許多因制造、回路設計中沒有實現可靠閉鎖，沒有使用單元件，使用單元件故障閉鎖，只是少數制造廠，但是，由于單元件引發的相關故障還沒有具體的應對措施，進而導致繼電保護多起事故的發生。本文分析了在單點損壞的情況下繼電保護不能拒動或誤動的問題。

一、事故分析

根據近年電力系統故分析，繼電保護二次回路單點故障原因造成的繼電保護裝置誤動或拒動情況時有發生。

2010年某變電站的500kV母差保護3B-BFG出現錯誤動作之后，經過仔細的驗證與檢查發現，一主通道的轉換插件出現問題了，導致電流出現較大幅值，進而交流電流元件異常情況的發生。仔細核查該保護硬件的設計中，直接采用差動與母線相結合的出口方式來實現電壓閉鎖，所以，500kV母線保護就不存在電壓閉鎖，這樣就造成了單獨的A＼D誤動故障。

2011年某變電站220kV線路的開關跳閘，經檢查，短路故障是由于AD模件-15v的電源的濾波電容被擊穿，出現短路后，-15v電壓再次恢復到原來的狀態，造成AD的轉換結果的變化沒有規律性，導致該套保護裝置與保護動作分離。在硬件設計中，由于采用單個A＼D轉換器，是通過串聯方式進行數據傳輸，因此通過上述技術無法確保保護裝置不產生誤動。

2012年某變電站220kV PST1200主變保護的采樣回路出現異常導致保護誤為防止AD損壞，裝置硬件需要再次啟動后，回路就能實現口出跳閘。但是在通道后備一樣的情況下，差動保護AD回路需要彼此獨立，形成相互間的啟動閉鎖或者是雙差保護同機箱出口在門開或關時，該方案因為采用關通道所帶來的誤動風險無法解決而無法應用。

在2010年，在220kV開關站某水電廠在進行母線TV二次回路的交直流混纜改造的工程中，從屏將二次回路引入線解開時，導致7臺保護裝置誤動作，甩負荷764MW。該電廠的主變間隙保護裝置只是使用一臺母線電壓互感器，間隙過壓保護使用的是開口三角電壓，此電壓是經過電壓互感器的，當斷開母線的二次回路接地點時，由于在電壓互感器中，二次回路的電纜太長了，會產生較強的對地電容，使得主變間隙過壓繼電保護裝置兩端產生電壓，并且電壓值比較高，實際模擬中，電壓有效值會達到184V，最終導致間隙過壓保護裝置出現錯誤動作。

2011年某變電站的變壓器的保護裝置，過激磁保護產生誤動作，直接與三個側開關分離，經過仔細檢查后，端子排老化引起的，其造成節點出現松動，進而引起N點電壓偏移。在A屏保護裝置中，高壓側C相電壓幅值達到114V左右，是過激磁倍數的1.98倍，根據整定值來說應該在3秒內跳閘，A相電壓幅值為32V，B相電壓也高達89V左右，零序電壓值為180V左右，而A屏保護的相間電壓基本是正常的。

二、故障分析及保護對策

在繼電保護系統全過程管理中，要求裝置制造、回路設計和系統安裝調試、設備驗收投運、運行維護，加強對可能出現二次回路單點影響系統安全的情況進行分型，并采取相應的對策，以解決系統中二次回路單點故障擴散為電網故障的情況發生，重點注意以下幾方面。

1 直流系統故障伴隨電壓切換回路故障

2009年某變電站220kV遭到雷擊，破壞了二次回路導致附近區域出現短路故障，系統在低壓情況下，變電站內蓄電池缺乏容量并且脫扣失電情況比較嚴重，最終系統失壓的嚴重后果，使得220kV母線電壓切換繼電器時，沒有切入電源，最后造成兩條保護回路均產生誤動作。因此，在電壓切換回路時，必須保證其失電的可靠性，可以采用雙位置繼電器或磁保持作為保障。

2 TV反充電引起整段保護母線失壓故障

2008年某電廠在啟動過程中，檢修正在運行的某段母線時，倒閘完成母線與開關斷開時，造成某第二段母線和二次回路同時出現跳閘情況，造成兩段母線的保護裝置均沒有電壓顯示。檢驗后發現，啟備變B211刀閘的接線處的接點發生松動，電壓切換繼電器后引起同時出現錯誤動作，斷開母線開關，停役母線失電運行進行反充電行為，導致空開跳閘。

因此，在二次回路中應該將兩個斷電器并列連接起來，這樣可以使用同一個繼電器控制電壓切換和節點發出的信號，現場監控相關信號時必須接有“母線電壓并列”、“切換繼電器同時動作”等信號。在母線出現送電、停電的情況下，對上述有關的警告信號進行檢修，若出現錯誤信號要暫且停止工作，然后派遣檢修人員到現場進行檢查和處理。

對于沒有在保護線上加電壓閉鎖的，母差保護硬件必須有兩個獨立的系統來完成，即差動和閉鎖來實現；在對二次保護回路進行設計時，必須以單點故障風險為目的，避免由于單點故障造成多臺設備跳閘的情況，各變壓器應該使用獨立的配置，避免共同使用，以有效防止單點事故的發生；在TV二次電壓回路中，性點漂移等情況對導致電壓出現異常，進而導致過激磁保護跳閘情況，為了避免此類事故的發生，在對500kV主變過激磁保護進行計算時，應該扣除零序電壓，作為相電壓幅值，TV出現斷線情況后選擇相電壓幅值的最小值。

3 繼電保護裝置中采樣回路故障

在對保護硬件系統實施設計時，首先要保證產品的規格和要素，再對產品的要求進行分析，比如設備工藝限制、EMC、防護與安規、可用性和可靠性要求、儲存環境、運行環境等，依據需求對可靠性指標進行預計、分配和論證，對于元器件的篩選必須嚴格，確保使用可靠元件，對于失效的元件必須及時發現和丟棄，要嚴格保障產品質量問題和可靠度。通過相關系統來認證和檢驗元件的質量，使用電子可靠應用技術對于市場上的失效元件進行測試和驗證，然后進行再生產，以提高產品的可靠性。采用冗余技術，針對某些單板或器件的可靠性無法滿足基本要求的情況。比如在對繼電保護的硬件進行設計時，必須分開配置啟動元件和測量元件，遵循分開配置的原則。

4 公用回路事故造成保護設備事故

為防止此一系列錯誤動作的出現，可以采取以下措施：（1）軟件措施1，CPU板的相關元件和管理板的啟動元件同時發生動作時，才能真正發生跳閘。（2）硬件措施，啟動與跳閘相結合的出口方式，由CPU板來判斷跳閘，接著管理板完成啟動邏輯，兩者的完成功能動作是相互獨立的（3）軟件措施2，在計算保護的啟動時，把瞬時值和幅值的計算結果結合起來，只有多點瞬時值啟動和幅值啟動條件同時滿足時，故障處理的運算才能進行。通過多種的軟件措施與硬件措施相結合的方式可以有效地完善防誤措施，在多次現場的實踐中，這些措施都得到了成功運用，有效地阻止了誤動的產生。

三、對于二次回路造成的保護拒動進行風險評估

對于引起保護拒動的風險評估，此保護拒動主要是由保護裝置和二次回路點單出現問題造成的。這樣的保護裝置比較單一，只能處理本體出現的單點故障，裝置自行檢查之后就可以發出警告信號，但是，很多故障的隱藏性非常好，只有通過年檢才會發現，比如出口繼電器與二次電纜方面的問題，根據平時的工作經驗可以看出，在實際運行中有些保護裝置的開入環節比較容易出現單點損壞的問題，進而造成保護拒動的發生，因此解決措施從以下幾個方面來進行闡述。

1 刀閘母差保護電源和開入電源損壞評估的分析

過去，對于母差保護只配備一個電源，聯接裝置和開入回路電源，母差開入回路中，現場開入機構和刀閘機構，這樣一來運行的工作環境是非常不好的，因此造成直流失地、短路等情況的不斷發生，進而導致電源數據的丟失與損壞，那么在此環境下，母線一旦出現問題，保護拒動就會隨之發生。其相應的處理措施為獨立配置開入電源和母差保護裝置，同時要求在開入電源丟失后，母線保護必須能夠記憶原狀態，以確保母差保護動作可靠，避免誤動。在某變電站的一次事故中，短電流進入母差保護裝置，是借助于刀閘開入開關進入的，導致母差開入開關電源的損壞，但是在裝置內，獨立電源和開入裝置具有記憶的功能。一定程度上確保了母差保護裝置的動作正確，有效防止故障的不斷擴大。

2 變壓器電量保護電源損壞評估分析

變壓器在非電量保護裝置下運行，開入回路的環境是極其惡劣的，與母差保護裝置的功能相似，本體上安裝的繼電器容易進入雨水，對直流電源的影響非常嚴重，開入回路和裝置公共使用一個電源時，此情況下也會發生拒動事故，而且事故范圍非常廣，因此需要保護裝置進行獨立配置，分別配置開入電源和非電量繼電保護裝置，使變壓器的非電量保護的有可靠性得到充分展現。

結語

綜上所述，文中分析和探討了二次回路元件損壞導致的事故案例，采用獨立配置的策略來解決問題，分別配置測量元件和啟動元件；對于異常情況下多個設備的跳閘事故，采取TV措施來解決；針對于拒動和誤動的情況，采用分別獨立配置開入電源、變壓器非電量裝置電源、母差保護裝置電源的方法來解決。在軟件設計時，加入閉鎖條件來解決一些情況特殊的故障，這種方式是解決此類問題最常用的。總而言之，要不斷提高元器件質量，在出廠時要加強驗收工作，必須嚴格進行檢驗，設計繼電保護裝置的回路、軟件、硬件時，必須引入冗余原則，對其加強應用，在設計一次設備裝置時，要以降低單元件的破壞率為目標，進而有效避免事故的發生。

參考文獻

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