變電站繼電保護技術改造與對策分析

摘要：結合運行變電站技術改造，針對繼電保護交流、直流回路的接線及二次回路安裝問題進行了詳細分析。結合現場情況針對模擬量、開關量的采集提出了新的方法，提高了工作效率，同時對繼電保護的拆除及安裝采取了有效的措施。

關鍵詞：電壓回路；電流回路；分布式變電站；施工；保護屏聯動

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0105-02

隨著我國智能化變電站繼電保護的發展，對于運行多年而不適應系統對繼電保護及自動裝置的可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求，不符合國家智能化繼電保護的部分進行了技術改造。例如對超高壓變電站淄川變電站、嶗山變電站、濰坊變電站的母線保護、變壓器保護等進行了大規模的技術改造，近年來平均更換變壓器保護2250MVA/年、10條線路保護/年、6套母線保護/年等。新技術的應用保證了系統的安全可靠運行。

一、模擬量的二次接線

1.保護屏的電壓回路檢查

電壓回路的二次短路是相當危險的，嶗山站35kVTV、濟南站220kV黃濟II線出線TV、濰坊站220kV濰平線出線TV都因二次接線錯誤、接線柱短路，造成電壓互感器燒壞或危及系統和設備的安全運行。在交流回路中的電壓切換YQJ繼電器回路只有一個用途，就是將220kV母線電壓的UAI、UAII經母線隔離開關DS#動合輔助接點啟動重動繼電器1YQJI或者1YQJII，將母線A相電壓通過保護屏的端子引到保護屏內，供保護裝置、測量裝置重合閘同期使用。[1]如果正確，在保護屏的顯示板上可以看到線路A相電壓與母線A相電壓相位差為0°。為了驗證電壓二次回路的小母線及分支的保護、測量、計量等準確性，可使用如下方法：合上1GW（Y21B）母線隔離開關或者2GW（Y22B）母線隔離開關，使電壓隔離開關重動繼電器啟動，面板上顯示動作情況正確，斷開N600一點接地。首先使用數字萬用表的電阻檔測量相與相、相與N600之間是否有短路現象；其次，進行絕緣測定，通常直流電阻>200Ω（斷開小型斷路器），絕緣電阻>20MΩ，在電壓繼電器屏上分別對三組二次繞組加入電壓，通常是A650～N600加入50V、B650～N600加入40V、C650～N600加入30V電壓，在TV二次輸出端和各分支路使用表計測量應該完全相同，保護屏面板顯示完全相同；再次在A650’～N600加入50V、B650’～N600加入40V、C650’～N600加入30V電壓，在TV二次輸出端和各分支路使用表計測量應該完全相同，測控、計量屏面板顯示完全相同；最后在L650～N600之間加入30V電壓，在TV二次輸出端和各分支路使用表計測量應該完全相同。對其他例如電壓互感器端子箱、電度表柜、故障錄波器柜、測控柜等裝置進行測量。

2.CVT的二次接地

CVT二次的多點接地，在接地網電阻不合格的情況下，二次絕緣一旦被擊穿，高電壓將大面積侵入電氣設備，主要是跨步電壓和接觸電壓，損壞保護及測量裝置，同時危及工作人員的生命危險。但是超高壓變電站的接地網經過檢驗和預試在合格范圍之內，因此，只要保證全變電站通過N600母線的一點接地，以上事故發生的幾率很小。按照標準設計在電網中的規定與使用，電壓互感器的二次回路只允許有一處接地，接地點宜設在控制室內，

應牢固焊接在接地小母線上，[2]見圖1。隨著分布式變電站的使用，電壓互感器的二次一點接地的N600小母線已經從集中在一個控制室內發展到地點、距離越來越遠的分布式保護室，特別是220kV開關站，后來擴建為500kV變電站。因此，N600不可能全部滿足各保護室的一點接地問題，設計要求兩點接地。

3.電流回路

技術改造不僅要更換繼電保護屏，而且對同間隔的互感器也要進行更換，TA二次繞組的型號用錯時有發生。例如二次檢修班對ZC站 500kVXX線進行驗收，在對XX線5033TA本體二次接線的驗收中，班組人員發現施工人員接線錯誤，將6個繞組的順序接反，導致測量用0.2S級線圈被接到了線路保護I，而線路保護I用TPY級線圈被接到了測控裝置，開關保護用5P25級線圈被接到線路保護II，線路保護II用TPY級線圈被接到了開關保護。此接線方式存在重大安全隱患，一是保護用TA用測量級，在正常負荷電流的情況下沒有影響，但在故障發生后由于測量級TA過早飽和，將造成保護誤動或拒動。二是保護的方向性由TAT飽和，在反向故障時誤動的可能性較大。三是母線保護所用TA與線路保護CT對換，將造成位于母線側的各個CT容量不一，導致母線保護出現差流，甚至跳閘，嚴重影響電網的安全穩定運行。四是電流互感器的測量級和保護級輸出的不同點在于TPY級類保護用電流互感器要求在規定的工作循環的暫態中運行，保證規定的準確性。暫態特性良好的電流互感器與普通電流互感器相比具有良好的抗飽和性能，在制造中可以通過增加鐵芯的截面積，選用高導磁材料或同時在鐵芯中加入非導磁間隙來改變磁路特性，即保護級的剩磁可以通過繞組鐵芯開氣隙加以改善。[4]測量級0.2S、0.5S和保護級5P20、TPY在直流極性測量的二次輸出，因所用鐵芯結構不同呈現不同的幅值，因此可以準確地一次讀出結果。直流極性法可以及時發現二次回路的正確性，在極性試驗中互感器一次側加量電池6V/2Ω=3A電流不變，二次輸出脈沖微安表顯示35～55微安，保護級則顯示20～30微安，表計表現十分明顯。對于220kV線路、變壓器，每相的電流互感器至少設有4個10P20、1個0.5級和1個0.2S級共6個繞組的電流互感器，以適應雙套保護、母線差動及失靈保護、故障錄波及測量計量的需要。對于500kV線路、變壓器的電流互感器至少用7組，使用互感器直流測量，簡單的一次測量就可以通過二次微安表的反應判斷互感器所接繞組的等級、極性。值得一提的是，有些互感器二次極性測量儀的測量通過發光二極管反應，但是變電站由于受電磁場的影響，現象是雙燈都亮或不準確，影響現場工作，不宜采用。

二、二次回路接線安裝工藝

技術改造必須重視繼電保護二次回路的接地問題，定期檢查這些接地點的可靠性和有效性。繼電保護二次回路接地，應滿足以下要求：一是電壓互感器的二次回路只允許在控制室內有一點接地（見圖1）。為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開的開關或熔斷器等（見圖2），圖中的1WYH-145-15表示電纜的走向。二是電流互感器二次繞組二次回路接地，公用電流互感器二次繞組二次回路只允許、且必須在相關保護柜屏內一點接地。獨立的、與其他電壓互感器和電流互感器的二次回路沒有電氣聯系的二次回路應在開關場一點接地。

微機型繼電保護裝置柜屏內的交流供電電源（照明、打印機和調制解調器）的中性線（零線）不應接入等電位接地網。[3]三是電纜接地部分、交流部分采用屏蔽電纜，并且兩端接地；不同性質的（交直流）導線不共用一根電纜；電纜按輻射狀鋪設，避免出現環流；電纜應盡可能離開高壓母線和暫態電流的入地點；利用地下電纜溝的屏蔽作用；改進變電站的接地。

三、技術改造與基建的不同點

技術改造是在已經運行的變電站中對其中的一個間隔、區域進行拆除舊保護裝置，重新安裝新繼電保護屏。在拆除時，必須做好模擬量及開關量的帶電部分拆除工作。

1.保護柜電壓小母線的拆卸

更換保護柜，首先拆除及安裝小母線二次回路，拆裝小母線需要在帶電的情況下進行。首先確認拆除小母線后不影響正在運行的其他保護屏。將一面絕緣物，例如沒有金屬物的圖紙鋪在小母線上；螺絲刀的金屬部分用絕緣膠布包扎，只露出3～5mm的尺寸；人員的工作服不得有金屬物。工作時兩側同時進行，拆一根，測量一根，核對一根。恢復時，首先使用數字萬用表歐姆檔測量被接的新保護屏無短路現象。

2.舊保護屏的拆除

系統中在2000年以后的超高壓變電站設計為分布式變電站，因此，電纜溝的面積較小，主電纜溝與分支到保護屏的電纜溝有時錯位，預留孔道狹小，給電纜的拆除及安裝帶來困難，特別是變壓器、母線保護的電纜較多。其中公用電纜、到戶外長電纜的需要保留，為安全可靠技術改造，以保留電纜原位置為原則進行拆除。采用保護屏傾斜法，將舊屏地腳螺絲、屏間螺絲、接地線等拆除后，同時斷開保護屏端子排所有的外部接線，將屏向前傾斜25°～30°，屏下面的傾斜空間以留出拆除電纜的空間為準。在屏前必須用牢固物體（例如人字梯）進行支撐。將電纜對照圖紙使用標簽機注明電纜名稱、接線編號，然后貼在舊電纜上。小心將電纜從保護屏下面傾斜空間抽出，所有電纜抽出后可以推出舊屏。新屏的安裝同基建安裝，可以利用新屏的下傾斜角放入電纜，節約時間，提高電纜的安裝質量，電纜溝的電纜排列工藝不破壞。

四、傳動二次回路前期檢查與準備工作

新保護屏試傳動二次回路及一、二次設備有聯系（如斷路器的機構箱部分，隔離開關的機構箱或手動機構輔助接點、等設備），二次設備（如控制開關、聯鎖開關、熔斷器、信號燈、檢測裝置、繼電保護屏壓板開關等設備）應安裝完好無損并固定牢固；應調整斷路器及隔離開關等設備，并做過手動和電動跳閘合閘試驗。其輔助接點的切換準確、接觸完全可靠；控制開關、聯鎖開關在每個位置動合、動斷觸點接觸良好，通、斷正確，檢測、繼電器操作箱與斷路器跳閘、合閘均應調試合格，互感器的試驗極性正確，連接無誤，二次側接地正確可靠；快速開關與熔斷量符合設計要求，檢測屏發出信號無誤，所有二次設備標簽如名稱、型號、容量清晰。

標明監測屏、保護屏、直流屏、動力屏、開關柜、控制箱的回路名稱，也可啟用調度編號，凡是有提名框的設備標明其用途，轉換開關標明用途和操作位置，屏后是安裝單位編號和設備代號，端子排標明回路名稱，每個端子排應標明順序號，屏內配線啟用相對編號，電纜接線采用回路編號并且校對正確，字跡清楚、不易脫色。

凡是屬于二次回路的緊固螺絲必須檢查緊固，為了防止遺漏，應分片負責，要求彈簧墊壓平，兩個線圈應加平墊圈，插件、焊接件、壓接件應該接觸良好，屏柜接地良好。

對二次設備全面清掃干凈，并檢查施工中遺漏的導線頭。適當保管工具等及多余的材料或隨屏、柜的備用器件。

嚴格審圖，做好準備工作。試操作前應達到的條件：二次回路的交流、控制電纜均已接好，保護屏及斷路器的階段試驗操作合格，二次回路的絕緣試驗滿足>10MΩ要求，直流與交流回路絕緣良好。

送直流電源事先測量其直流正與負之間的直流電阻值，以免引起短路。聯動線路保護、斷路器保護屏應與斷路器、監控、信號進行聯動。設備、信號、保護屏應有人員聯系。除SF6氣體壓力降低等個別不允許泄壓，使用短接法顯示信號外，其他用實際故障、行為模擬。

帶斷路器聯動根據調試要求，通過斷路器聯動檢查回路正確，信號發出無誤。有時發現斷路器的回路不正確，可拆除斷路器跳合閘回路的聯線，找到原因后，再帶斷路器聯動，以減少斷路器開合閘次數。

五、結論

運行變電站的技術改造直接關系到系統安全、可靠穩定。本文改造互感器二次回路的測量方法，電壓相位的核對、測量級與保護級的極性測量的核對、保護屏的安裝拆除及理論實踐較為創新，值得借鑒。

參考文獻：

[1]線路保護及輔助裝置標準化設計規范[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]電力系統繼電保護規定匯編[Z].第二版.北京：中國電力出版社，2002.

[3]《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》繼電保護專業重點實施要求[Z].2005.

[4]電力系統繼電保護題庫[Z].2008.

（責任編輯：王祝萍）