國(guó)網(wǎng)山東省電力公司金鄉(xiāng)縣供電公司 趙風(fēng)雷

35kV高壓電網(wǎng)在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電流全部按照電網(wǎng)架設(shè)的路徑內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)，電力系統(tǒng)具有較好的運(yùn)行穩(wěn)定性，接入電力系統(tǒng)中的所有電氣設(shè)備參數(shù)均在額定范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)作。然而在35kV電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用情景中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些外部原因?qū)е码娏ο到y(tǒng)中某些電氣設(shè)備或線路的電流偏離設(shè)定路徑流動(dòng)，如線路短接、受潮或其他外部原因?qū)е码娋W(wǎng)運(yùn)行進(jìn)入異常狀態(tài)。如變壓器的高壓側(cè)進(jìn)相短路，那么在電網(wǎng)中就會(huì)出現(xiàn)時(shí)大電流、高電壓的異常工況問(wèn)題，由于35kV電網(wǎng)的電壓非常高，因此在短路問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)不僅會(huì)嚴(yán)重影響區(qū)域內(nèi)的正常供電，還會(huì)因?yàn)橄嗑€之間的短路弧光造成人員觸電燒傷。

所以35kV高壓電網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，就充分考慮到了線路可能因外部因素導(dǎo)致的短路問(wèn)題，為避免上述情況發(fā)生，通常做法是在35kV電網(wǎng)中配置若干組三段式電流保護(hù)裝置，其中電流脫扣熔斷保護(hù)作為主要的保護(hù)手段，它可在線路出現(xiàn)短路電流過(guò)載問(wèn)題時(shí)，將電網(wǎng)電流值整定為可躲過(guò)最大短路電流的保護(hù)值水平，從而避免高壓線路中的電氣設(shè)備與線路進(jìn)一步因短路問(wèn)題產(chǎn)生損耗危害[1]。

第二段保護(hù)叫做限時(shí)電流速斷，以下級(jí)電氣設(shè)備的電子元件電流速斷的保護(hù)最大動(dòng)作參數(shù)為基準(zhǔn)，對(duì)線路電流值進(jìn)行整定，作為35kV電網(wǎng)的后備保護(hù)手段，它的保護(hù)時(shí)限比一段熔斷保護(hù)要多出t時(shí)長(zhǎng)，通常情況下整定保護(hù)范圍為該段線路的15～80%，保護(hù)范圍隨著電網(wǎng)運(yùn)行工況參數(shù)的變化而做出自適應(yīng)性調(diào)整。

第三段保護(hù)叫做過(guò)載電流保護(hù)，以本級(jí)電氣設(shè)備的電子元件最大電流負(fù)荷為基準(zhǔn)，將線路電流值整定為超限范圍以內(nèi)的水平，過(guò)載電流保護(hù)通常被視為電網(wǎng)最后一段儲(chǔ)備保護(hù)動(dòng)作，因此其保護(hù)范圍比前兩段都要大，保護(hù)時(shí)限也是三段中最長(zhǎng)的部分。

1 繼電保護(hù)裝置的二次回路故障類型

1.1 繼電保護(hù)裝置的二次回路故障性質(zhì)與影響

這種用于35kV高壓電網(wǎng)的繼電保護(hù)功能，需要多個(gè)繼電器、次級(jí)燒組、用于測(cè)量監(jiān)控的傳感器及用于控制和投切動(dòng)作的自動(dòng)控制裝置組成，所以它本身需借助控制線纜來(lái)連通各個(gè)電子元件，以及完成各部位電子元件運(yùn)作的供電需求。這種完全獨(dú)立于35kV高壓電網(wǎng)一次回路的設(shè)備電路就叫做二次回路。可簡(jiǎn)單理解為，35kV高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)二次回路就是指用于繼電器測(cè)量回路、繼電保護(hù)回路，以及實(shí)現(xiàn)繼電器斷路器投切控制功能的閉鎖低壓回路。

35kV電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置主要目的是借助自動(dòng)控制裝置有選擇性地切除電網(wǎng)中的故障元件與線路，并由繼電裝置的線路替代原有線路接入電網(wǎng)，維持剩余未故障線路的正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)將35kV電網(wǎng)的故障影響降至最低的繼電保護(hù)功能[2]。所以電網(wǎng)中一旦出現(xiàn)二次回路故障問(wèn)題，會(huì)直接影響到三段式繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作性能，使整個(gè)電網(wǎng)處于非保護(hù)狀態(tài)，如因控制回路故障導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置難以完成靈敏投切動(dòng)作，當(dāng)后續(xù)電網(wǎng)出現(xiàn)短路過(guò)載等非正常運(yùn)行工況時(shí)，就會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。

1.2 繼電保護(hù)裝置的拒動(dòng)故障問(wèn)題

拒動(dòng)故障是指當(dāng)35kV電網(wǎng)的電氣設(shè)備處于過(guò)載故障狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置由于二次回路的故障原因?qū)е挛茨芡瓿擅摽廴蹟鄤?dòng)作，或是電流值整定保護(hù)動(dòng)作。

一是繼電保護(hù)裝置本身的電子元件未出現(xiàn)破損，但線路存在開(kāi)路虛接，如保護(hù)器的連接觸點(diǎn)處有異物卡死、斷路器的觸點(diǎn)接觸不良、繼電器的燒組觸點(diǎn)存在明顯氧化或是連通線纜存在破損導(dǎo)致整個(gè)繼電保護(hù)裝置沒(méi)有正常運(yùn)作。

二是繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯出現(xiàn)了錯(cuò)誤，出現(xiàn)一次回路故障現(xiàn)象的識(shí)別問(wèn)題，三段式繼電保護(hù)裝置完成線路的過(guò)載保護(hù)動(dòng)作離不開(kāi)兩個(gè)裝置的調(diào)節(jié)控制，用于感應(yīng)檢測(cè)的電流互感器，可同步捕捉到一次回路的電流變化情況，并將這種感應(yīng)信息以脈沖信號(hào)的形式發(fā)送給控制單元。所以若是電流互感器的整定變電比參數(shù)輸入上存在錯(cuò)誤，當(dāng)電網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)繼電保護(hù)裝置的電流互感器會(huì)始終處于嚴(yán)重飽和狀態(tài)，所以當(dāng)一次回路中電流值繼續(xù)升高時(shí)，繼電保護(hù)裝置就難以識(shí)別到這種故障電流變化。再或是繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)控制單元，在調(diào)試過(guò)程中存在錯(cuò)誤參數(shù)輸入導(dǎo)致整定電流值的計(jì)算存在錯(cuò)誤，這樣當(dāng)一次回路出現(xiàn)短路問(wèn)題時(shí)，繼電保護(hù)裝置也難以將電流值整定為理想狀態(tài)。

三是外部原因?qū)е碌睦^電保護(hù)裝置故障問(wèn)題，如繼電保護(hù)裝置本身的低壓直流控制電路存在多點(diǎn)接地，使裝置的中間繼電器出口線圈存在相間短路，那么也會(huì)影響到整個(gè)繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。

1.3 繼電保護(hù)裝置的錯(cuò)誤動(dòng)作

這種故障在35kV電網(wǎng)中較多發(fā)，是指在電網(wǎng)電子元件運(yùn)行狀況良好的情況下，繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)了錯(cuò)誤動(dòng)作導(dǎo)致未故障的元件被切除癱瘓，產(chǎn)生這種故障的問(wèn)題的原因如下：

一是繼電保護(hù)裝置本身接地故障，繼電保護(hù)裝置的電感線圈存在絕緣失效，導(dǎo)致出口中間繼電器在勵(lì)磁作用下完成脫扣脫扣動(dòng)作，使對(duì)應(yīng)正常工況的電氣設(shè)備被從線路中切除。

二是一次回路的故障判別系統(tǒng)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，主要有如下常見(jiàn)故障現(xiàn)象：首先是自動(dòng)裝置在電流整定值上出現(xiàn)錯(cuò)誤，當(dāng)保護(hù)定值設(shè)置錯(cuò)誤時(shí)會(huì)直接影響繼電保護(hù)裝置的選擇性受到影響，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤反應(yīng)動(dòng)作；其次是在調(diào)試過(guò)程中存在參數(shù)設(shè)置不合理的因素，如今35kV電網(wǎng)為了便于電氣設(shè)備的更新維護(hù)，多使用雙回路供電，如繼電保護(hù)裝置的電流整定值設(shè)置過(guò)小，當(dāng)35kV電網(wǎng)因上級(jí)或下級(jí)電氣設(shè)備故障進(jìn)行停電維護(hù)時(shí)，由于另一條線路仍在維持運(yùn)行，此時(shí)就須將繼電保護(hù)裝置的整定電流加大，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤跳閘問(wèn)題。

三是繼電保護(hù)裝置的保護(hù)回路在安全措施上設(shè)計(jì)不合理或安裝時(shí)存在錯(cuò)誤，如繼電保護(hù)裝置的保護(hù)極性接線存在錯(cuò)接、反接，就會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置在監(jiān)測(cè)讀數(shù)上存在錯(cuò)誤，因而引起錯(cuò)誤跳閘動(dòng)作。另一方面，若在未將聯(lián)跳控制接片進(jìn)行斷開(kāi)的情況下，直接將斷路器接入對(duì)應(yīng)電網(wǎng)部位，或是電感線圈處存在誤觸誤碰，也會(huì)導(dǎo)致斷路器錯(cuò)誤跳閘。

最后是繼電保護(hù)裝置的電壓互感裝置存在二次斷線，以熔斷跌落式斷路器為例，當(dāng)安裝過(guò)程中誤碰了接線端子就會(huì)導(dǎo)致斷路器提前熔斷，而部分繼電保護(hù)裝置在出廠時(shí)也可能會(huì)存在斷線閉鎖部位不牢靠的質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致斷路器在受到外力碰撞時(shí)，聯(lián)跳接片在非控制狀態(tài)下完成跳閘動(dòng)作。這種繼電保護(hù)裝置在保護(hù)回路上的故障問(wèn)題往往較易發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槎鄶?shù)斷路器提前熔斷的故障現(xiàn)象都會(huì)有電壓回路斷線的警示信號(hào)，且用電壓表示數(shù)排查故障時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)示數(shù)失常的開(kāi)路電壓現(xiàn)象。

1.4 繼電保護(hù)裝置自動(dòng)控制與告警功能失效

首先是自動(dòng)裝置的異常問(wèn)題，從以往電力維護(hù)檢修實(shí)踐案例來(lái)看，自動(dòng)裝置的故障問(wèn)題發(fā)生概率最高的就是重合閘拒動(dòng)故障，產(chǎn)生這種故障的主要原因有：重合閘裝置本身因直流控制電路開(kāi)路失電無(wú)法完成正常啟動(dòng)動(dòng)作，或是斷路器的合閘口部位存在氧化或接觸不良，導(dǎo)致重合閘的合閘回路無(wú)法正常工作；重合閘上級(jí)電感與電容元件存在充電回路故障，或是重合閘之間的連接片存在接觸不良，導(dǎo)致合閘動(dòng)作無(wú)法正常完成；重合閘由于中間繼電器或時(shí)間繼電器的線圈存在斷點(diǎn)，導(dǎo)致無(wú)法正常接收到合閘指令。

其次是繼電保護(hù)裝置的中央信號(hào)處理裝置存在的異常狀態(tài)，繼電保護(hù)裝置的中央信號(hào)處理裝置主要是負(fù)責(zé)斷路器位置信號(hào)、預(yù)告信號(hào)以及故障告警信號(hào)三類信息的生成，當(dāng)該部位因儀表接腳燒蝕、氧化或斷裂破損時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的信號(hào)告警功能失效，預(yù)告信號(hào)的對(duì)應(yīng)電子元件無(wú)動(dòng)作反應(yīng)。

2 繼電保護(hù)二次回路故障的排查方法

2.1 利用微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行故障排查

繼電保護(hù)的二次回路故障很容易在35kV電網(wǎng)變電站更換微機(jī)設(shè)備后出現(xiàn)故障，應(yīng)在實(shí)際故障檢測(cè)排查作業(yè)中，首先根據(jù)繼電保護(hù)裝置的二次電路圖紙對(duì)微機(jī)模擬量進(jìn)行分析，在35kV變電站中，通常會(huì)在高壓開(kāi)關(guān)柜上顯示出電網(wǎng)內(nèi)所有接入線路的模擬量，也就是每條支線的電流、電壓、通信線及開(kāi)關(guān)輸出量，所以當(dāng)繼電保護(hù)裝置的二次系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)用萬(wàn)用表對(duì)所有接入線路的電流電壓示數(shù)進(jìn)行測(cè)量，而后將測(cè)量示數(shù)與開(kāi)關(guān)柜的可視化示數(shù)進(jìn)行比對(duì)。若線路模擬量與萬(wàn)用表的測(cè)量示數(shù)一致，則說(shuō)明35kV電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置的模擬端子接線是無(wú)故障現(xiàn)象的；若萬(wàn)用表的測(cè)量讀數(shù)與開(kāi)關(guān)柜顯示的結(jié)果不一，則說(shuō)明故障點(diǎn)位發(fā)生在繼電保護(hù)裝置的端子接線部位存在錯(cuò)接或反接問(wèn)題。

2.2 電壓電位檢查進(jìn)行故障排查

采用電壓電位檢查法進(jìn)行繼電保護(hù)二次回路故障排查時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先明確幾個(gè)重點(diǎn)施測(cè)點(diǎn)，如繼電保護(hù)裝置的電感線圈及中間繼電器是經(jīng)常存在開(kāi)路故障的薄弱部位，應(yīng)優(yōu)先對(duì)這些部位展開(kāi)故障排查，可大幅提高二次回路故障排查的效率。

首先用一個(gè)高內(nèi)阻值的萬(wàn)用表接地，而后將繼電保護(hù)裝置的二次回路進(jìn)行合理分段，再依次將萬(wàn)用表接入測(cè)點(diǎn)兩端，觀察電壓電位的大幅度變化，若在某一回路端測(cè)量出大電壓現(xiàn)象則說(shuō)明斷路故障存在于該分段接入兩點(diǎn)之間。對(duì)斷路器的電容進(jìn)行測(cè)試時(shí)只需考慮到電容是否被擊穿、漏電即可，而對(duì)電感線圈、中間繼電器與時(shí)間繼電器進(jìn)行電壓電位檢查時(shí)，只需考慮線圈部位是否存在開(kāi)路或相間短路即可[3]。此外，使用萬(wàn)用表進(jìn)行故障排查時(shí)還應(yīng)注意繼電保護(hù)二次回路的短路保護(hù)問(wèn)題，直流控制回路須經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表接地，從而避免在故障排查作業(yè)時(shí)因表頭接腳短路導(dǎo)致二次回路中其他正常元件繼續(xù)被擊穿損壞。

2.3 替換法進(jìn)行故障排查

若在繼電保護(hù)二次回路的故障排查中，直流控制回路斷路或短路問(wèn)題可能發(fā)生在某個(gè)電子元件上時(shí)，如懷疑合閘口接片短接、電容擊穿漏電或是電感線圈被相間短接或線圈存在斷路，就可將故障懷疑點(diǎn)位的電子元件從繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)中拆除，而后替換一組同規(guī)格的電子元件后通電觀察二次回路的運(yùn)行情況。若仍出現(xiàn)電流示數(shù)異?；虼箅妷含F(xiàn)象則說(shuō)明故障部位不在該點(diǎn)位；若替換元件后運(yùn)行恢復(fù)正常，則可直接確定被替換下的電子元件即為二次回路的故障部位。

2.4 導(dǎo)通檢查法進(jìn)行故障排查

對(duì)繼電保護(hù)二次回路進(jìn)行故障排查時(shí)，應(yīng)首先用萬(wàn)用表檢查回路中是否存在電流導(dǎo)通，若整個(gè)繼電保護(hù)二次回路中未檢測(cè)出電流導(dǎo)通狀態(tài)，方可繼續(xù)用萬(wàn)用表與絕緣電阻表分別對(duì)下級(jí)電子元件進(jìn)行導(dǎo)通狀態(tài)檢測(cè)。在使用導(dǎo)通法檢查二次回路故障時(shí)，應(yīng)在檢測(cè)單一電子元件導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，將其從交、直流控制回路中完全拆除后再進(jìn)行測(cè)試。這樣的目的是避免因元件短路故障問(wèn)題導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的電容器被過(guò)度充電，從而使繼電保護(hù)裝置的其他電子元件被擊穿破壞。

導(dǎo)通檢查法在繼電保護(hù)二次回路中應(yīng)用的前提，通常是上述故障排查法未能檢測(cè)出故障點(diǎn)位，此時(shí)應(yīng)對(duì)二次回路進(jìn)行停電維護(hù)檢查，將繼電保護(hù)裝置的各級(jí)電子元件與電氣設(shè)備從電網(wǎng)中拆除退出后，再用帶有全套保護(hù)裝置的測(cè)試設(shè)備對(duì)二次回路元件線路分別進(jìn)行導(dǎo)通，在不影響到35kV電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下，模擬繼電保護(hù)二次回路在電網(wǎng)中的運(yùn)行故障現(xiàn)象，從而根據(jù)導(dǎo)通試驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果來(lái)判明故障點(diǎn)位。

3 結(jié)語(yǔ)

在35kV電網(wǎng)的繼電保護(hù)的二次回路中易發(fā)生故障的電子元件及線路部位非常復(fù)雜，其中不乏一些隱蔽部位的故障問(wèn)題，如電感線圈、時(shí)間繼電器、中間繼電器等元件故障。在實(shí)際故障排查診斷上需足夠耐心，由主到次的規(guī)劃故障檢查方案，根據(jù)各個(gè)電子元件的故障損壞概率大小制定排查診斷的優(yōu)先級(jí)。在故障排查作業(yè)的同時(shí)也需充分注意二次回路接地保護(hù)問(wèn)題，避免錯(cuò)誤操作導(dǎo)致繼電保護(hù)二次回路的其他電子元件受損。