變電站檢修繼電保護(hù)設(shè)備常見問題分析及處理措施

新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫 靜

基于狀態(tài)的設(shè)備維修是指在對(duì)設(shè)備工作進(jìn)行監(jiān)測的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測和診斷結(jié)果進(jìn)行分析，合理安排維修時(shí)間和維修內(nèi)容。狀態(tài)監(jiān)測是基于狀態(tài)維修的基礎(chǔ)，設(shè)備診斷依賴于狀態(tài)監(jiān)測。我們需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，維護(hù)設(shè)備的日常運(yùn)行，記錄和分析故障，最終整合有效信息，得出最終的維護(hù)對(duì)策。

1 變電站繼電保護(hù)案例分析

案例1：某變電站1號(hào)主變壓器低壓側(cè)631開關(guān)因受熱燒毀，導(dǎo)致開關(guān)柜三相短路。初步分析如下：1號(hào)的接觸上一邊總會(huì)斷路，最后發(fā)展成梅花的電弧放電的靜態(tài)接觸，導(dǎo)致嚴(yán)重的燃燒，融化的散熱器靜態(tài)接觸，大量的煙氣含有金屬離子和碳化合物，導(dǎo)致地面的相對(duì)短路（見圖1）。

圖1 開關(guān)接線圖

開關(guān)柜故障往往會(huì)導(dǎo)致“火營”事故，而且很多開關(guān)柜都被電弧燒壞。事故擴(kuò)大的主要原因有三個(gè)：首先由于開關(guān)柜的母線室是連接的，當(dāng)其中一個(gè)隔間發(fā)生故障時(shí)，弧線侵入相鄰的柜體，造成“火營”；其次繼電保護(hù)整定協(xié)調(diào)不合理，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過長或保護(hù)不帶缺陷動(dòng)作，故障被上一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作隔離，故障時(shí)間過長加劇了電弧損傷；最后一個(gè)原因是高壓電弧故障引起的保護(hù)損壞或直流電源故障，導(dǎo)致保護(hù)失效。短路長時(shí)間不消失，幾乎整個(gè)高壓室的所有開關(guān)柜都被燒毀。甚至是主變壓器的10kV低壓架空母線被電弧燒毀，直至分步跳閘，甚至往往主變壓器因長時(shí)間短路而損壞。

案例2：某110kV變電站因10kV開關(guān)短路引發(fā)10kV母線故障，造成該變電站全停及10kV部分設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。如圖2是某變電站的故障詳細(xì)圖。

圖2 某變電站的故障詳細(xì)圖

繼電保護(hù)設(shè)備的故障有很多，最常見的有保護(hù)裝置故障、外部支持裝置故障、自動(dòng)裝置故障、交直流系統(tǒng)和通信主控系統(tǒng)故障。事實(shí)證明，微機(jī)成套保護(hù)缺陷少，輔助裝置缺陷多。在微機(jī)保護(hù)體中，模擬量和出口部分缺陷較少，電源部分缺陷較多。設(shè)備和安裝的質(zhì)量直接影響微機(jī)保護(hù)的缺陷次數(shù)。故障原因分析：現(xiàn)場檢查情況最嚴(yán)重的母聯(lián)刀閘柜的帶電顯示器傳感器燒損情況，發(fā)現(xiàn)A、B相已燒成灰，C相略好；結(jié)合刀閘觸頭燒損情況：C相觸頭基本完好、A相略有燒損、B相最為嚴(yán)重。推測故障是從B相帶電顯示器傳感器引發(fā)，導(dǎo)致電弧相間短路。為了進(jìn)一步驗(yàn)證造成本次事故的原因，對(duì)開關(guān)柜內(nèi)未損壞的帶電顯示器傳感器，抽兩只傳感器進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部芯棒填充劑軟化，存在絕緣薄弱點(diǎn)。由于10kV系統(tǒng)出現(xiàn)失地引起過電壓，使傳感器內(nèi)部局部放電，逐步發(fā)展為貫穿性擊穿，造成相間短路。

2 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)維修分析

變電站的維護(hù)是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。它能顯示供電設(shè)備的實(shí)際情況，準(zhǔn)確評(píng)估供電設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，保證供電設(shè)備良好穩(wěn)定運(yùn)行。浴盆曲線規(guī)則是常用的方法，如圖3所示。

從圖3的曲線可以看出，故障的發(fā)生可以分為三種類型：初始階段、意外期和損失期。基于狀態(tài)的維修活動(dòng)的關(guān)鍵是提高設(shè)備的可用性，大大降低了設(shè)備的低效率。然而，在普通的維修工作中也存在一些不足，不能有效地滿足這一要求。因此，我們以計(jì)劃維護(hù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行重復(fù)的例行檢查，然后積累經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行狀態(tài)維護(hù)。綜合考慮設(shè)備的實(shí)際情況，重點(diǎn)關(guān)注易發(fā)生故障的設(shè)備。

圖3 浴盆曲線

3 變電站維修中繼電保護(hù)設(shè)備問題的處理措施

3.1 繼電保護(hù)裝置的最佳維護(hù)周期

由于傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置技術(shù)相對(duì)落后，沒有內(nèi)部檢測模塊，沒有自檢功能，在發(fā)生故障時(shí)無法發(fā)出報(bào)警和提示。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此類繼電保護(hù)裝置的維護(hù)和維修。一旦發(fā)現(xiàn)問題或故障，應(yīng)立即處理，以免影響正常供電，造成更大的影響和損失。繼電保護(hù)裝置的可靠性分析方法包括故障樹法、概率法和馬爾可夫模型法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型繼電保護(hù)系統(tǒng)不僅具有自檢功能，還具有一定的自修復(fù)功能，因此并不完全適用于概率法進(jìn)行分析。為了保證分析的科學(xué)性和合理性，選擇馬爾可夫狀態(tài)模型法對(duì)繼電保護(hù)裝置的失效概率進(jìn)行分析。

3.2 確定故障點(diǎn)

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，首先要確定故障點(diǎn)。這時(shí)通常有三種方法來確定：第一種是替換法。即用功能正常、操作良好的設(shè)備替換可能有故障的設(shè)備。如果更換后故障仍然存在，說明更換的設(shè)備不是一個(gè)故障點(diǎn)或單個(gè)故障點(diǎn)，此時(shí)有必要繼續(xù)更換其他可能的故障點(diǎn)。如果某設(shè)備更換后故障消除，說明更換的設(shè)備就是故障點(diǎn)；第二種是比較法。通過比較設(shè)備正常狀態(tài)和故障狀態(tài)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者差異較大的數(shù)據(jù)最有可能是故障點(diǎn)；第三種是去除電路的方法。即依次去除一些電路，從而確定故障點(diǎn)所在的電路，然后對(duì)電路中的故障點(diǎn)進(jìn)行故障排除。由于信息交互標(biāo)準(zhǔn)化帶來的維修保護(hù)專業(yè)化，變電站數(shù)據(jù)通信過程中應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有利于不同區(qū)域、不同電氣設(shè)備的調(diào)試、安裝和維護(hù)。

3.3 實(shí)施保護(hù)裝置改造

在電力系統(tǒng)中相關(guān)繼電保護(hù)裝置的日常運(yùn)行中，可能存在不適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件的問題。此外，運(yùn)行時(shí)間很長，超過規(guī)定的使用壽命后極易出現(xiàn)意外問題和缺陷。為了解決相關(guān)問題，我們可以進(jìn)一步判斷是否需要結(jié)合電流的變化啟動(dòng)電壓電路的監(jiān)測功能。線路充電時(shí)，三相電壓丟失。這種情況可能是由近區(qū)斷層和環(huán)路斷層引起的。若附近區(qū)域發(fā)生故障，應(yīng)采取減負(fù)荷和調(diào)整措施；當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)采取鎖緊保護(hù)措施。正常情況下，如果沒有零序電壓，仍可檢測到零序電壓，則可判斷電流電路已故障。此外，電壓連接器間的連接一般反饋一次零序電壓，因此需要選擇三相五柱變壓器或一次側(cè)接地變壓器，并邏輯選擇延時(shí)報(bào)警和瞬時(shí)鎖緊，從而保證繼電保護(hù)狀態(tài)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 短路故障

短路故障大多發(fā)生在變壓器低壓側(cè)附近。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)附近發(fā)生短路故障時(shí)，將直接影響變壓器的正常運(yùn)行，損壞側(cè)弧裝置。必須采取有效措施解決短路故障，使損失降到最低。

3.5 保護(hù)裝置失效

目前主要采用110kV變電站。與以往的繼電保護(hù)裝置相比，其性能和質(zhì)量有了很大的提高，充分發(fā)揮了其在電力系統(tǒng)中的作用。但同時(shí)也增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題越來越多，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。在設(shè)備長期工作負(fù)荷下，電源和環(huán)境問題相繼發(fā)生，導(dǎo)致大量粉塵顆粒形成導(dǎo)電通道，導(dǎo)致事故發(fā)生。

3.6 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是狀態(tài)維修的基礎(chǔ)。采用直流電路絕緣監(jiān)測方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，從而檢測直流電源、相關(guān)操作和信號(hào)電路的直流電流，從而保證監(jiān)測直流系統(tǒng)的絕緣和電路的完整性。二次設(shè)備不同于一次設(shè)備。二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測對(duì)傳感器的依賴不夠。可以根據(jù)電氣二次設(shè)備離線檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和診斷。

總結(jié)：繼電保護(hù)裝置在供電系統(tǒng)中起著重要的作用，影響著供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。因此，要加強(qiáng)繼電保護(hù)狀態(tài)的維修和維護(hù)，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)，不斷提高維修技術(shù)水平，提高相關(guān)人員的專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)能力，減少事故發(fā)生的概率，更好地服務(wù)于人們的生活。