110 kV變電站繼電保護(hù)故障探討

劉歆蔚

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江陽春供電局，廣東 陽江 529600）

0 引 言

由于變電站是電力傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵構(gòu)成，所以通常對(duì)其進(jìn)行合理的繼電保護(hù)。然而在多種因素的影響下，繼電保護(hù)故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重制約了變電站乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率與質(zhì)量，故重視110 kV變電站繼電保護(hù)故障分析，并采取措施予以妥善處理與科學(xué)預(yù)防。

1 110 kV變電站繼電保護(hù)概述

繼電保護(hù)主要是指對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或者異常情況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)故障或異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或者直接將故障部分隔離、切除的一種措施。繼電保護(hù)在110 kV變電站的應(yīng)用至關(guān)重要，《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)繼電保護(hù)有明確規(guī)定。

110 kV變電站主要包括主變壓器、110 kV設(shè)備區(qū)及35 kV設(shè)備區(qū)等，其繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)如圖1所示。具體地，繼電保護(hù)系統(tǒng)不僅可以對(duì)設(shè)備或元件能否正常運(yùn)行進(jìn)行判斷，還可對(duì)故障屬于內(nèi)部或者外部作出進(jìn)一步分析。例如，當(dāng)被保護(hù)的元件或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，在繼電保護(hù)的作用下可準(zhǔn)確而迅速地將其切除，同時(shí)斷路器執(zhí)行跳閘指令，確保故障能夠與電力系統(tǒng)分離，以降低對(duì)元件和電力系統(tǒng)的損害[1]。繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 110 kV變電站繼電保護(hù)工作特點(diǎn)

圖2 繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖

2 110 kV變電站繼電保護(hù)故障分析

2.1 故障類型闡述

110 kV變電站繼電保護(hù)故障分為產(chǎn)源故障、運(yùn)行故障及隱形故障。其中，產(chǎn)源故障是指繼電保護(hù)裝置自身質(zhì)量與功能存在缺陷，直接增加了故障風(fēng)險(xiǎn)，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下了隱患；運(yùn)行故障通常表現(xiàn)為開關(guān)拒合、主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)等，其對(duì)繼電保護(hù)的不良影響是最為嚴(yán)重的；隱形故障不僅最難處理，而且難以預(yù)防，80%的繼電保護(hù)故障屬于隱形故障，需要予以高度重視。此外，繼電器不復(fù)位、燒毀等故障也時(shí)有發(fā)生。

2.2 常見故障分析

第一，受瞬間電流沖擊的影響，引發(fā)繼電保護(hù)受損。這是因?yàn)樽儔浩骺闺娏鳑_擊能力低，而瞬間電流破壞性極強(qiáng)，所以繼電保護(hù)裝置會(huì)受到損壞，甚至造成設(shè)備擊穿。當(dāng)繼電保護(hù)運(yùn)行正常時(shí)，若變壓器低壓周圍出現(xiàn)短路，則會(huì)瞬間致使電流升高，并形成一定的電流沖擊；若短路時(shí)間過長(zhǎng)，還可能燒毀變壓器內(nèi)部設(shè)備。第二，由于缺少雙重保護(hù)，致使斷路器失靈。當(dāng)變壓器10 kV母線出現(xiàn)故障時(shí)，往往會(huì)基于主變10 kV側(cè)保護(hù)加以處理，并爭(zhēng)取故障處理時(shí)間，但有時(shí)上述保護(hù)可能會(huì)失靈或拒動(dòng)，繼電保護(hù)動(dòng)作就不能正常執(zhí)行。如果高壓側(cè)過流，失靈的斷路器無法對(duì)低壓側(cè)故障進(jìn)行響應(yīng)，進(jìn)而失去分?jǐn)嘧饔茫率估^電保護(hù)保持故障狀態(tài)[2]。第三，10 kV出線間隔故障。因110 kV變電站的配電裝置需要參考繼電保護(hù)裝置的要求，若配電裝置具有非常小的設(shè)備間隔，與間隔標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不符，便會(huì)降低配電裝置質(zhì)量，并以母線故障為主要形式干擾繼電保護(hù)，使其在整體上發(fā)生拒動(dòng)、失靈等故障，影響母線正常傳輸。其實(shí)電流互感飽和保障在110 kV變電站繼電保護(hù)中也會(huì)出現(xiàn)，即隨著配電系統(tǒng)終端負(fù)荷的增容，容易形成較大的短路電路，且當(dāng)電流倍數(shù)增大時(shí)電流互感器的誤差也會(huì)隨之增大，然后引發(fā)飽和故障，并減少所感應(yīng)的二次電流甚至使其接近零。

3 110 kV變電站繼電保護(hù)故障處理

3.1 選用科學(xué)的方法分析故障

110 kV變電站繼電保護(hù)故障類型較多、原因復(fù)雜且影響嚴(yán)重，因此必須切實(shí)完善故障處理制度，采用合理有效的方法進(jìn)行分析和判斷，如應(yīng)用廣泛的直觀法、替換法及短接法等。其中，直觀法適用于開關(guān)拒分、拒合等故障的診斷，較為便捷，但需要工作人員專業(yè)素質(zhì)過硬，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，以結(jié)合繼電保護(hù)故障的實(shí)際表現(xiàn)確定故障位置和原因。例如，當(dāng)電氣回路合閘接觸器正常時(shí)，若發(fā)現(xiàn)110 kV繼電器出現(xiàn)黃色或伴有燒焦氣味，可判斷為內(nèi)部元件故障。替換法適用于繼電保護(hù)元件的運(yùn)行故障，即當(dāng)保護(hù)元件運(yùn)行異常時(shí)，可用正常元件替換故障元件，若故障消除表示屬于元件損傷，若故障存在還需要替換其他元件進(jìn)行檢測(cè)[3]。短接法適用于故障范圍的縮小，尤其適用于電磁故障的處理，即通過短線路與繼電保護(hù)裝置的相連，分析當(dāng)前部位是否存在故障，若發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)可進(jìn)行針對(duì)性處理，若情況正常則需更換短接位置，以期在最短時(shí)間內(nèi)鎖定故障點(diǎn)。

同時(shí)檢修更新法和電路拆除法也較為常見，其中檢修并更新元件是最基本也是最有效的一種故障處理方法。檢修期間及時(shí)更換故障元件、老舊元件，將其替換為高品質(zhì)的新元件，或者基于微機(jī)綜合保護(hù)裝置加以整合，使其使用效率在提高的同時(shí)還能降低故障風(fēng)險(xiǎn)，保證繼電保護(hù)功能高效發(fā)揮。必要時(shí)可采用電路拆除法，就是通過對(duì)110 kV變電站繼電保護(hù)故障電路，以一定的順序逐項(xiàng)解開并聯(lián)的二次回路，以準(zhǔn)確定位故障原因，然后利用小分路對(duì)故障進(jìn)行查找。該方法一般適用于直流接地故障的分析，就是按照負(fù)荷重要程度解開直流負(fù)荷回路，當(dāng)切斷某一回路故障消除時(shí)，此處為故障所在，經(jīng)確認(rèn)無誤后可予以維修或更換[4]。

3.2 及時(shí)采取針對(duì)性的處理措施

為更直觀地了解110 kV變電站繼電保護(hù)故障及其處理要點(diǎn)，可結(jié)合實(shí)例加以分析。已知該110 kV變電站具有2×104kVA的主變?nèi)萘亢?10 kV、35 kV及10 kV的電壓等級(jí)。其中，35 kV的電壓和10 kV的電壓分別采用的是單母線和單母線分段帶旁路的接線方法。后因?qū)嶋H需要增設(shè)一臺(tái)容量為1×104kVA的主變壓器，在調(diào)試正常的基礎(chǔ)上先對(duì)110 kV測(cè)開關(guān)進(jìn)行24 h的空載運(yùn)行，隨后在測(cè)驗(yàn)35 kV測(cè)開關(guān)時(shí)主變差動(dòng)保護(hù)發(fā)生了動(dòng)作，經(jīng)分析確定是由CT極性接錯(cuò)造成的。但重新連接再次啟動(dòng)設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)，35 kV側(cè)負(fù)荷功率超過了620 kW，警報(bào)裝置立刻啟動(dòng)，將其設(shè)定值改為0.2 A后警報(bào)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間會(huì)后延5s。該情況說明線路流過了超出臨界值的不平衡線路，通過認(rèn)真計(jì)算和分析，35 kV側(cè)的Kpm和CT變比應(yīng)分別為1.39和200/5，但卻誤認(rèn)為是400/5，在將其改正后調(diào)試，上述故障消失。因此，110 kV變電站繼電保護(hù)接線操作中應(yīng)注意開關(guān)等裝置的參數(shù)值檢查和保護(hù)限定值設(shè)置，以免因匹配不良影響繼電保護(hù)正常動(dòng)作。

此外，針對(duì)瞬間電流沖擊問題，可將過流保護(hù)裝置設(shè)于變壓器低壓側(cè)位置，利用其限流速斷功能快速切斷低壓出線，也可以結(jié)合使用限時(shí)速斷和過電流保護(hù)兩種方式，及時(shí)對(duì)故障做出反應(yīng)并予以解決。同時(shí)，注意充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，基于微機(jī)保護(hù)綜合性與自動(dòng)化程度的提高，快速判斷繼電保護(hù)故障所在，并根據(jù)邏輯分析獲取合理的處理措施，經(jīng)電子信號(hào)的傳輸無誤差地執(zhí)行處理措施，以及時(shí)、準(zhǔn)確及高效地處理110 kV變電站繼電保護(hù)故障。

4 結(jié) 論

110 kV變電站繼電保護(hù)故障不可避免且危害較大，因此應(yīng)盡可能地縮短故障時(shí)間，并降低故障發(fā)生率。要求結(jié)合110 kV變電站繼電保護(hù)故障的實(shí)際表現(xiàn)，科學(xué)判斷快速定位故障位置和原因，然后采取針對(duì)性措施予以解決，配以日常維護(hù)和管理，切實(shí)降低故障風(fēng)險(xiǎn)。