水電站繼電保護隱患與改進措施研究

朱健偉

摘 要：在水電事業發展的過程中，繼電器保護變得尤其重要，成為人們關注的焦點。繼電保護在水電站運行中發揮著十分重要的作用，不僅可以提升水電站的安全性與穩定性，還能保護水電站裝置的正常運行。因此，水電站工作人員要詳細分析水電站繼電保護的隱患，制定相應的改進措施，并從多角度防范繼電保護系統的安全風險，提升水電站運行的安全性。

關鍵詞：水電站;繼電保護;隱患;改進措施;防范

中圖分類號：TV738;TM77文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）32-0065-04

Abstract： In the process of hydropower development， relay protection has become particularly important and has become the focus of attention. Relay protection plays a very important role in the operation of hydropower stations， which can not only improve the safety and stability of hydropower stations， but also protect the normal operation of hydropower plants. Therefore， the staff of the hydropower station must analyze the hidden dangers of the relay protection of the hydropower station in detail， formulate corresponding improvement measures， and prevent the safety risks of the relay protection system from multiple angles， and improve the safety of the hydropower station operation.

Keywords： hydropower station;relay protection;hidden danger;improvement measures;prevention

社會經濟的快速發展使得人們的生活水平得到很大的提升，我國電力資源需求與日俱增，供電環節面臨極大的壓力。水力發電是我國重要的發電形式，良好的繼電保護是水電站建設與維護過程中必不可少的條件。如何提升繼電保護的安全性與穩定性是當下水電站建設與維護工作應該關注的重點課題。

1 繼電保護的概念

對于電力系統來說，不管是哪個設備或者是哪條線路出現問題，都會對其正常運行造成不良影響。因此，要盡可能縮短輸電線路，降低設備故障的頻率，有效保證電力系統正常運行。繼電保護是對電力系統中發生的故障或異常情況進行檢測，從而發出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施[1-2]。繼電保護常涉及兩項任務。第一，如果電器設備無法正常運行，要根據設備運行和事故發生的實際情況進行判斷，當繼電保護裝置能夠及時發出報警信號時，值班人員可以自主進行調整，降低事故發生率;第二，當水電站在運行中出現短路故障時，繼電器能進行自動處理，能夠通過斷路器跳閘、切斷電力系統等措施，使電力系統在較短時間內恢復正常，避免故障線路引發嚴重后果。

2 繼電保護的基本要求與保護體系結構

2.1 繼電保護的基本要求

繼電保護裝置有十分重要的作用，是保障水電站電力系統安全運行的基本前提[3-4]。因此，繼電保護裝置必須滿足以下要求。一是速動性，是指繼電保護裝置能夠快速排除故障，切除故障的時間必須符合繼電保護動作時間和斷路器固有跳閘時間的要求，為后續故障處理節約更多時間，最大限度減少繼電保護裝置的人為延長時間。二是敏感性，水電站在正常運行時需要繼電保護裝置，其需要具備較高的靈敏性，要快速找到故障位置并做出科學判斷。三是選擇性，繼電保護裝置出現故障時，要有選擇性地清除故障元件。四是可靠性，是指繼電保護裝置在不使用時不會發生誤動作，一般來說，保護裝置越簡單，其可靠性越高。

2.2 水電站繼電保護體系結構

繼電保護裝置是水電站最重要的二次設備，屬于數字保護裝置，其主要采用分層分布式結構。水電站繼電保護系統復雜，與斷路器和保護設備有關，而且涉及的二次系統也是一個完整的子系統，能夠與內部結構互相連接，也與電氣一次設備和其他二次設備相關。因此，為了提升水電站的安全性與穩定性，人們有必要了解繼電保護的系統結構，如圖1所示。水電站繼電保護體系結構主要包括直流電源、交流電源、被保護設備、繼電保護屏、CT、PT、斷路器、監控系統、遠方系統和勵磁控制系統等。在水電站運行的過程中，繼電保護裝置主要以保護屏的形式存在，這類似于高效的機電保護做法，主要利用繼電保護測試儀單獨測試每一個屏的功能。

3 繼電保護的常見安全隱患

3.1 二次回路的安全隱患

繼電保護裝置的二次回路十分復雜，涉及面較廣，有較多的中間環節，其存在的隱患容易被人們忽視，只有當設備出現故障或受到外界強烈干擾時，才會影響系統安全。最常見的二次回路安全隱患可以分成三大類。

3.1.1 接線缺陷。基礎設施建設階段和后期維護階段，如果二次回路存在接線缺陷，會導致繼電器出現誤動。其主要表現如下：電壓互感器和電流互感器會出現二次繞組顛倒現象;開關方面，開觸點與常閉觸點互相混合;內部的端子線存在虛實問題，如螺栓未壓緊;電壓和電流互感器出現的多點接地現象較為突出。

3.1.2 絕緣性能降低。一般來說，二次線路涉及的接線面十分繁雜，內部環境也十分復雜，容易導致二次回路絕緣性下降。其主要原因如下：接線盒材質和端子材質做工不是特別精細;內部的導線長期受潮，容易出現發熱現象;金屬連接器容易受到污垢等因素影響，發生受潮。

3.1.3 干擾。在一些情況下，電力系統比較容易受到各種干擾，且不同干擾對機電保護二次回路的影響也不同。一般干擾信號主要來自二次回路和一次系統。

3.2 裝置缺陷

隨著社會的不斷發展，繼電保護裝置越發被人們重視，相較于傳統繼電保護裝置和電磁裝置，微機保護裝置具有更高的可靠性，但是其存在的硬件缺點也不可忽視，最常見的缺陷為：當內部模塊發生接觸時，狀態不夠穩定，長期帶電模塊會出現電壓閃爍不定的情況;主板和模塊的接觸會發生誤差;運行時，二次負載偏高可能引起嚴重發熱等情況，導致程序崩潰;當內部程序出現錯誤時，設備會被鎖定。

4 潛在安全隱患排查和處理方法

4.1 內部二次回路隱患排查和處理

4.1.1 認真檢查圖紙，提升二次回路的安全性和可靠性。首先，對設計單位圖紙進行初步審查，重點關注CT和PT回路，了解設計單位的設計意圖。根據相關國家標準要求審核原理圖及接線方式是否符合要求，比如，CT、PT二次回路是否存在唯一接地點，接線端子是否存在一個端子接若干根電纜的問題，其極性是否符合相關保護原則。其次，熟悉設備出廠圖，檢查輸入、輸出等節點內部接線是否與設計單位圖紙是否一致。例如，當選擇接入開關時，要保證邏輯所需的位置觸點正確。施工人員在進場前要核實施工圖紙的正確性，檢查內部線路的接線情況是否符合規范、是否存在虛接情況和接地點是否無誤。驗收時，可以通過各種手段對連接狀況進行判斷。比如，對新裝備進行安裝驗收時，可以通過檢查變壓器極限的方式，檢查保護裝置電流和電壓的正確性;檢查開關量回路時，可以通過模擬開關、故障跳閘、檢查信號等方式，對接線的正確性進行判斷。

4.1.2 二次回路的絕緣檢查。在實際檢測中，高壓進入繼電保護裝置會對電子元件造成破壞，導致二次回路故障。絕緣性降低是二次回路中最不可忽視的環節，因此技術人員要把二次回路絕緣檢測當作繼電器檢驗保護的重點環節，積極開展絕緣試驗。一般來說，水電站外部環境的濕度較高，二次回路接線容易受到絕緣性下降的影響。因此，在進行定期校準時，要重視二次回路絕緣測試項目，檢測之前必須按規定連接需要短路的電路，并拆開與裝置內部電路相連的端子，以免在試驗過程中因電壓過高而損壞電子元件。

4.1.3 二次回路的抗干擾措施。二次回路內部存在干擾，目前，廠家在設計微機保護裝置時注重內部接線質量，選用優質元器件，盡量減少干擾。一旦干擾信號出現，微機保護裝置采用自動檢測技術和閉鎖裝置等預防措施，充分降低干擾可能產生的不利影響。因此，在對保護裝置進行定期檢查時，現場技術人員應充分利用保護裝置的自檢功能，及時查看自檢報警情況。對于保護裝置的外部干擾性來說，要根據設備路徑和干擾源進行處理。外部干擾源主要包括模擬量、電路開關量輸入電路和電源電路等。在對電源回路進行抗干擾測試時，可以通過加裝電源、濾波器等方式消除磁場對電源的電磁干擾，也可以利用機箱的屏蔽作用對設備中的電源線干擾進行削弱。但是，要注意屏蔽機箱中容易與濾波器接地的相關元件，并把接地點選擇在離機箱機柜最短的距離范圍內。其中，最有效的消除方式就是采用可靠的靜電屏蔽方式對輸入電路進行干擾，嚴格落實電位接地網的反事故措施，可以利用保護銅線柜、室外接線盒等方式把銅線并排連接起來，將電壓模擬量和電流模擬量引發的強電流干擾信號從高壓開關場引至地面。

4.2 防止繼電保護裝置故障

一是微機保護裝置的運行環境要符合說明書的要求。惡劣的環境對微機保護裝置的安全運行有很大的影響。例如，高溫高濕環境會加速電子元件的氧化，導致保護裝置故障或誤操作。因此，技術人員應注意微機保護裝置的運行環境，防止粉塵、溫濕度等環境問題引起裝置故障。二是定期檢查時注意微機保護裝置的內部插件。如果發現電路板出現發黑或發黃的現象，就說明電器元件松動且發生變形，因此要及時進行更換，有效防止操作失敗。三是定期檢查保護裝置的光纖通道、采樣值等延時和誤碼信息，并與同類型的設備和上次檢查數據進行對比分析，當出現偏差過大時，要及時核實原因。四是儲備足夠的備件。水電站一般處于偏遠位置，硬件或軟件設備出現問題時，要及時對其進行更換，保證在最短時間內恢復系統正常運行。

5 繼電保護系統安全風險的其他防范措施

5.1 逐步建立并且完善水電站安全風險管理機制

目前，我國水電站繼電保護工作仍然存在較多的不足，如管理落空、制度過于形式化、高層基層人員都沒有意識到繼電保護的重要性等，仍然存在較嚴重的懈怠現象，不管是對前期的安裝建設工作還是后期的維護工作，都存在不到位的現象。因此，完善與建立繼電保護安全管理機制就顯得尤為重要，水電站內部的所有部門都要加強對繼電保護的安全管理機制建設，要逐漸地完善繼電保護機制。這樣的制度是可以包含很多方面的，從元件的采購，到設備的安裝調試，再到后期維護，都需要進行嚴格管理，其中包括對施工人員的選拔等。這樣才能切實地保護繼電保護的安全性與穩定性，保障水電站安全穩定運行。

5.2 降低水電站運行風險，完善風險識別體系

水電站要徹底地分析繼電保護系統存在的問題，降低系統運行風險。繼電保護裝置會出現誤動和拒動，人們要從技術與管理兩方面排除潛在的安全隱患。技術層面，要優化繼電保護裝置，通過增加變壓器的縱差進行保護，消除二次接線裝置的差異。管理層面，要改進繼電保護裝置運行模式，根據繼電保護的實際情況進行風險評估，重點核實內部常見的繼電保護安全問題，做出正確決策，有效防范風險。運行風險控制流程如圖2所示。

5.3 提升技術人員的專業素質

人員因素是導致繼電保護系統出現安全問題的主要因素。繼電保護裝置的各個環節都需要技術人員的參與，如前期采購、安裝調試和后期質量監督等，因此技術人員的責任意識和專業素質都與繼電保護裝置的運行效率有直接關系。當前，要加強對繼電保護人員的教育培訓力度，根據水電站實際運行情況和常見安全風險，合理開展培訓，不斷提升技術人員的專業水平。只有把完善人才培訓機制當作日常管理的重要內容，才能逐漸提升技術人員的綜合能力，才能夠最大限度地降低繼電保護系統的運行安全風險。

5.4 提升軟硬件系統的質量

隨著社會的不斷發展，計算機系統已經廣泛應用于各行各業，其不僅能夠提升工作人員的工作效率與質量，還能夠促進管理的現代化，為接下來的發展提供科學指導。目前，繼電保護裝置很多都需要依靠計算機系統實現基礎保護功能。因此，要借助計算機系統對其存在的軟硬件質量問題進行判斷，提升繼電保護系統的運行安全性。從計算機硬件角度來看，要提升硬件設備的耐久性，使各種設備元件在運行過程中不會受到尖峰電壓的沖擊;從軟件系統來看，要不斷完善軟件功能，最大限度保證繼電保護裝置能夠滿足基礎工作要求，有效避免繼電保護裝置出現誤動和拒動情況。

6 結論

隨著微機保護裝置在電網、水電站的大量運用，我國繼電保護裝置在可靠性、安全性以及靈敏性等方面都有了較大的突破，但是受多種因素影響，其容易出現拒動、誤動等情況。因此，人們必須重視繼電保護裝置存在的安全隱患，嚴格按照國家標準設計和施工，及時發現問題并消除隱患。隨著電力系統對保護硬件的要求不斷提高，繼電保護裝置硬件需要提高極限能力，避免出現誤動作。當前，繼電保護技術人員要積極學習二次回路、微機保護等方面的知識，提升自身的專業素質，為水電站及電網安全運行打下堅實的基礎。

參考文獻：

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