楊 波，李 毅，徐 軍，吳文健

（1.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州貴陽 550081；2.廣州市仟順電子設(shè)備有限公司，廣東廣州 511400）

1 保護(hù)誤動(dòng)原因分析

電力系統(tǒng)發(fā)生故障往往伴隨著電流增大，電壓降低及電流和電壓之間的相位變化。微機(jī)繼電保護(hù)原理是通過微機(jī)裝置采集一次線路電壓、電流、相位等關(guān)鍵物理量，判斷一次線路是否發(fā)生故障，若有故障輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，切斷隔離故障點(diǎn)。從微機(jī)繼電保護(hù)原理分析可知，引起保護(hù)誤動(dòng)主要原因有：

（1）測量回路故障影響測量結(jié)果，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置誤判一次回路故障，控制保護(hù)動(dòng)作，造成保護(hù)誤動(dòng)。

（2）微機(jī)保護(hù)裝置異常，輸出錯(cuò)誤控制信號(hào)，造成保護(hù)誤動(dòng)。

（3）保護(hù)元件二次電源回路故障，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，造成保護(hù)誤動(dòng)。

1.1 測量回路故障引起保護(hù)誤動(dòng)

微機(jī)保護(hù)裝置測量一次線路電壓、電流、相位等關(guān)鍵物理量采用PT/CT 進(jìn)行測量，當(dāng)互感器二次側(cè)發(fā)生故障時(shí)，影響保護(hù)裝置測量結(jié)果，從而影響微機(jī)保護(hù)裝置判斷。例如PT 多點(diǎn)接地故障發(fā)生時(shí)，故障電流流過中性線，在各接地點(diǎn)間形成電位差，使PT 二次中性點(diǎn)對(duì)地電位產(chǎn)生偏移，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置感受到的電源幅值和相位與一次系統(tǒng)不符[1]；實(shí)際一次系統(tǒng)未發(fā)生事故，保護(hù)裝置誤判事故，控制保護(hù)動(dòng)作。

1.2 直流電源系統(tǒng)故障引起保護(hù)誤動(dòng)

直流電源系統(tǒng)作為電力生產(chǎn)二次設(shè)備電源，為保障保護(hù)設(shè)備電源可靠性，設(shè)備電源也取至直流電源系統(tǒng)。當(dāng)直流電源系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，可能引發(fā)保護(hù)誤動(dòng)事故。直流電源系統(tǒng)與保護(hù)回路等效電路如圖1 所示。

圖1 直流電源系統(tǒng)與保護(hù)等效回路

直流電源系統(tǒng)與保護(hù)回路等效為電壓源U、正極母線對(duì)地電阻R+、負(fù)極母線對(duì)地電阻R-、正極對(duì)地分布電容C+、負(fù)極對(duì)地分布電容C-、保護(hù)元件J、保護(hù)回路分布電容C1。正常運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)絕緣良好，R+和R－為直流系統(tǒng)平衡橋；C+、C－和C1 不為零；直流系統(tǒng)對(duì)的電壓等于U/2。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生故障，可能會(huì)有電力流過保護(hù)元件J，當(dāng)電流達(dá)到保護(hù)動(dòng)作電流時(shí)，造成保護(hù)誤動(dòng)。

1.3 兩點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)

兩點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)如圖1 所示，若正極發(fā)生一點(diǎn)接地，使得R+變得極小，此時(shí)若保護(hù)回路的C1 位置再發(fā)生另外一點(diǎn)接地，故障電流從接地故障回路流經(jīng)保護(hù)元件J，當(dāng)達(dá)到動(dòng)作電流時(shí)，就會(huì)發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)作。例如，2017 年6 月某火電廠3 號(hào)灰場變高壓側(cè)綜合保護(hù)測控裝置運(yùn)行中發(fā)“低壓側(cè)零流開入”動(dòng)作信號(hào)跳變壓器高壓側(cè)開關(guān)，低壓側(cè)開關(guān)欠壓脫扣動(dòng)作斷開。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)榉蛛娖?7 號(hào)支路因下雨進(jìn)水發(fā)生正極接地，同時(shí)開入DI5 回路發(fā)生接地導(dǎo)致[2]。

1.4 交流接地引起保護(hù)誤動(dòng)

如圖1 所示，直流電源系統(tǒng)分布電容不可避免，即C+、C－和C1 均不可能為零，對(duì)于直流電源，電容具有阻直流特性，正常運(yùn)行不會(huì)帶來任何威脅；當(dāng)發(fā)生交流接地時(shí)，電容特性通交流，所以極大可能發(fā)生誤動(dòng)事故。因?yàn)榻涣麟娫聪到y(tǒng)是接地系統(tǒng)，若在直流系統(tǒng)其他回路發(fā)生交流接地時(shí)，故障電流會(huì)從母線流經(jīng)保護(hù)元件J，然后通過C1 流向大地；若在C1 位置發(fā)生交流接地時(shí)，故障電流會(huì)從保護(hù)元件J 流向母線，然后通過R+、R-、C+和C 一流回大地；只要事故電流達(dá)到保護(hù)元件J 的動(dòng)作電流就會(huì)發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)，所以規(guī)程要求大于10 V 的交流接地必須及時(shí)排查解除[3]。

1.5 一點(diǎn)接地引起保護(hù)誤動(dòng)

從一階電路原理分析，一點(diǎn)接地不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)，在本世紀(jì)初及以前，這一說法不被行業(yè)認(rèn)可，其原因是之前人們忽視了直流系統(tǒng)分布電容作用。在后來對(duì)保護(hù)誤動(dòng)事故案例分析過程中，專家發(fā)現(xiàn)在電容作用下，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，直流系統(tǒng)對(duì)地電壓發(fā)生改變，在電壓突變瞬間，系統(tǒng)電容充放電，電流可能流經(jīng)保護(hù)元件，當(dāng)流經(jīng)保護(hù)元件J 的電流達(dá)到動(dòng)作電流時(shí)，也會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)[4]。

2 保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究

2.1 不同原因保護(hù)誤動(dòng)動(dòng)作電流特征分析

引起保護(hù)誤動(dòng)原因有很多種，構(gòu)成保護(hù)誤動(dòng)的電路模型也各異，其中由測量回路或微機(jī)保護(hù)裝置異常引起的保護(hù)誤動(dòng)是由保護(hù)裝置輸出正確控制信號(hào)導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)，其電路模型是一個(gè)完整按照設(shè)計(jì)的電路模型；而因直流電源系統(tǒng)故障引起的保護(hù)誤動(dòng)，其電路模型是回路串聯(lián)電阻抑或電容抑或其他電源。不同電路模型在保護(hù)回路中產(chǎn)生的電流會(huì)不一樣，以繼電器為例，該元件關(guān)鍵參數(shù)額定工作電壓、直流電阻、吸合電流、釋放電流等，其中直流電阻是固定的，所以在不同電壓作用下回來產(chǎn)生電流不一樣；故而完整按照設(shè)計(jì)的電路模型電流固定，而非正常的故障電路模型電流是變化的。

2.2 保護(hù)回路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

可以通過保護(hù)回路電流狀態(tài)判斷保護(hù)器件工作狀態(tài)以及保護(hù)回路工作電路模型，方案只需監(jiān)測回路電流即可實(shí)現(xiàn)保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。然而保護(hù)器件不同，回路額定工作電流也不同，例如重合閘回路電流相對(duì)大、控制回路電流相對(duì)??；預(yù)對(duì)保護(hù)回路實(shí)施電流監(jiān)測，需實(shí)現(xiàn)寬范圍、全量程、高精度電流檢測。

常用電流測量傳感器有分流器和霍爾傳感器，其中分流器線性度極好，能夠全量程、高精度采集電流；而傳感器通過電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，通常線性度是在20%～80%額定量程內(nèi)，做不到全量程高精度采集。在安裝實(shí)施上，分流器需要打開電路串入回路中，工程量大，而采用開口式霍爾傳感器無需對(duì)供電回路進(jìn)行改動(dòng)、便于安裝。

基于測電流所用器件的特性，監(jiān)測保護(hù)回路電流設(shè)計(jì)兼容分流器和傳感器兩種器件，監(jiān)測裝置原理如圖2 所示。監(jiān)測裝置由電源電路、主控CPU 電路、CT 及其放大電路、分流器及其放大電路、存儲(chǔ)電路、人機(jī)交互電路、告警電路、通信電路組成。

裝置可選擇傳感器或分流器采集回路電流，對(duì)所采集的電流實(shí)施緩存處理，判斷發(fā)現(xiàn)存在突變電流時(shí)，對(duì)緩存電流數(shù)據(jù)和突變后一段時(shí)間的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行錄波處理，即可記錄保護(hù)器件動(dòng)作全過程電流數(shù)據(jù)。

獲取保護(hù)器件在動(dòng)作過程電流數(shù)據(jù)后，可以從動(dòng)作使能角度分析保護(hù)器件動(dòng)作原因，更好地分析保護(hù)誤動(dòng)事故，找到誤動(dòng)原因，精準(zhǔn)做出事故反措。

3 保護(hù)誤動(dòng)事故應(yīng)采取的措施

3.1 采用冗余設(shè)計(jì)

過程控制站電源和CPU 冗余設(shè)計(jì)在電力行業(yè)已經(jīng)得到迅速的推廣和應(yīng)用，為此對(duì)于電力系統(tǒng)中的一些保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電源應(yīng)當(dāng)加大重視程度；對(duì)來自同一取樣信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，特別是重要測點(diǎn)的測量通道應(yīng)當(dāng)設(shè)置不同的卡件，一次減少和降低安全事故的發(fā)生。有大量實(shí)踐證明，冗余設(shè)計(jì)對(duì)故障的分析、排除具有十分快捷的作用。

3.2 使用技術(shù)成熟的熱控元件

隨著電力行業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)于熱元件的可靠性和安全性提出更高的要求。所以，使用技術(shù)成熟與可靠的熱元件對(duì)于保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是熱控元件的成本也在不斷上升，切忌為了節(jié)約成本而購買質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的熱控元件。

3.3 不斷優(yōu)化保護(hù)邏輯組態(tài)

不斷地優(yōu)化和完善保護(hù)邏輯組態(tài)對(duì)于提高系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，降低保護(hù)誤動(dòng)具有很重要的作用。

3.4 提升硬件質(zhì)量和軟件自診斷能力

不斷提升硬件質(zhì)量和軟件自診斷能力，這對(duì)于提前預(yù)防保護(hù)誤動(dòng)事故的發(fā)生具有同樣的作用。

3.5 創(chuàng)設(shè)良好的電子間環(huán)境條件

溫度、濕度、振動(dòng)以及灰塵對(duì)于系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響巨大，為電子間創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境條件，可延長系統(tǒng)的使用壽命、提升系統(tǒng)的可靠性。這一點(diǎn)，需要引起相關(guān)人員的高度重視。

3.6 健全完善的維保制度

定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的安全隱患，使設(shè)備可以始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。停機(jī)中，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行一次全面和徹底的檢查，并進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)試驗(yàn)。

4 結(jié)束語

在電力行業(yè)可靠的系統(tǒng)也有異常的時(shí)候，誤動(dòng)作或拒動(dòng)作事故不可避免的會(huì)發(fā)生，發(fā)生事故后需要及時(shí)對(duì)事故做出原因分析，后針對(duì)性做出反措，防止類似事故再次發(fā)生。在電網(wǎng)內(nèi)每年有不少不明原因的誤動(dòng)事故發(fā)生，由于缺少現(xiàn)場一手?jǐn)?shù)據(jù)，經(jīng)行業(yè)專家分析后也只能草草結(jié)案。通過總結(jié)可能引起保護(hù)誤動(dòng)原因，分析不同原因引起保護(hù)誤動(dòng)時(shí)回路電流特征，研究采集、記錄保護(hù)回路特征電流方法，電流生產(chǎn)過程可參考該方法完善監(jiān)測手段，監(jiān)測保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，目的就是為減少不明原因誤動(dòng)事故發(fā)生。