電力系統(tǒng)繼電保護定期校驗問題綜述及其展望_趙曉明

1、2011年第 11期電力系統(tǒng)繼電保護等二次設備在電網穩(wěn)定運 行中起著舉足輕重的作用 , 但二次設備運行中一 般不允許對其加以試驗 , 所以在繼電保護新設備 投入運行前必須做詳盡的交接試驗 。 如果在基建 過程中保護設備校驗不到位 , 在投入運行后就可 能出現(xiàn)問題 , 另一方面保護自身也可能存在一定 缺陷 , 隨著運行時間的增加 , 潛在的問題逐一顯 現(xiàn) 。 繼電保護定期校驗是發(fā)現(xiàn)和處理各種潛在缺 陷的重要手段 , 規(guī)程要求所有繼電保護裝置應進 行定期校驗工作 , 校驗周期一般隨一次設備檢修 預防性試驗而實施 。1浙江 500kV 電網主要保護配置情況浙江 500kV 電網中 , 繼電保護設備多

2、為進 口 , 其中主要設備提供商為 AREVA 公司 、 ABB 公司 、 GE 公司等 。 近兩年隨著國產設備的性能 不斷提升 , 國產設備所占比例逐漸提高 。 繼電保 護設備多為微機型裝置 , 保護原理先進 , 自動化 程度高 , 提供靈活的用戶可編程 PSL 邏輯功能 , 但保護邏輯復雜 , 某些保護裝置抗電磁干擾能力 弱 , 運行時可能會出現(xiàn)一些故障 。 表 1給出了浙 江 500kV 電網主要保護配置情況 , 從表中可以電力系統(tǒng)繼電保護定期校驗問題綜述及其展望輸配電技術趙曉明 1, 吳建偉2(1. 浙江省電力試驗研究院 , 杭州310014; 2. 浙江省送變電工程公司 , 杭州 3

3、10016摘 要 :結合浙江 500kV 電網繼電保護的配置現(xiàn)狀和實際定期校驗中發(fā)現(xiàn)的問題 , 給出了大量定期校驗中發(fā)現(xiàn)的危害電網安全的繼電保護缺陷實例 。 從繼電保護校驗過程自動化 、 電力系統(tǒng)仿真 、 特高壓 電網輸配電 、 變電站 IEC 61850以及狀態(tài)檢修等新技術的應用方面 , 對繼電保護定期校驗的發(fā)展做出 了展望 。關鍵詞 :繼電保護 ; 定期校驗 ; 綜述 中圖分類號 :TM77文獻標志碼 :B文章編號 :1007-1881(2011 11-0001-05Overview of Periodic Check Problems and Prospect for Relay Pro

4、tectionin Power SystemZHAO Xiao -ming 1, WU Jian -wei 2(1. Zhejiang Electric Power Test and Research Institute , Hangzhou 310014, China ;2. Zhejiang Electric Transmission and Transformation Corporation , Hangzhou 310016, China Abstract:Combined with the current configuration of relay protection in Z

5、hejiang 500kV power grid and the problems found in periodic check , a large number of relay protection defect cases in periodic check which endanger grid security are provided. And the prospect for periodic check of relay protection is offered in terms of the application of new technologies involvin

6、g relay protection check automation , power system simulation , ultrahigh voltage power transmission and distribution, substation IEC 61850and condition -based maintenance. Key words:relay protection ; periodic check ; overview浙 江 電 力ZHEJIANG ELECTRIC POWER12011年第 11期圖 1REB103母差保護備用間隔輔助 TA 短接時等效電路Z

7、MCC看出保護品種型號較多 , 給調試工作提出了更高 的要求 。2定期校驗中遇到的問題2.1REB103母差保護問題 1-2ABB 公司生產的 REB103型中阻抗母線差動繼電器由于具有靈敏度高 、 動作速度快 、 可靠性 高等優(yōu)點 , 在浙江省 500kV 及 220kV 電壓等級 電網中得到了廣泛的應用 。 但在多個 500kV 變電 站的母差保護定期校驗中 , 發(fā)現(xiàn)了多起 REB103型母差保護不安全運行事例 。(1 誤將備 用間隔 母差保 護輔助 TA 一次 側 短接 , 可能導致母線故障時母差拒動 。 分別在 3個 500kV 變電站的母差保護定校中發(fā)現(xiàn) , 備用 間隔母差保護輔助

8、TA 一次側短接 。 如圖 1所示 ,I T3和 I L 分別為等效流入和流出差動保護的電流 , ZMCC 為備用 間隔輔 助 TA 等效 開路測 量阻 抗 。 正常情況下 ZMCC 阻抗很大 , 可認為幾乎開路 , 當備用輔助 TA 一次側短接時 , 相當于 ZMCC 由開路阻抗變?yōu)槎搪纷杩?, 差動回路被旁路 , 阻抗 值急劇下降 , 這時一旦母線故障 , I D1差動電流將 被嚴重分流 , 母差保護將拒動 。(2 在某些特殊操作方式下 , 若母聯(lián)或分段斷路器在現(xiàn)場就地合閘 , 而母差保護中母聯(lián)或分 段的電流切換沒有完成 , 會引起母差保護 TA 斷 線告警 , 導致保護退出運行 。 在母

9、聯(lián)或分段斷路器改非自動時 , 應注意母聯(lián)或分段操作電源與母 差保護操作電源的選擇 。 另外 , 因為母聯(lián)及分段 的合閘出口是在母差保護屏上 , 建議增加合閘出 口壓板 , 以增加在檢修母差保護時的安全性 。(3 少數變電站停用母差保護操作規(guī)程步驟 中規(guī)定先插入保護出口閉鎖插拔 , 然后拉開裝置 電源 , 進行大電流試驗端子切換 。 按照上述操作 步驟 , 裝置電源失去時保護裝置的雙位置繼電器 將不能動作 , 這時如果切換大電流試驗端子產生 的差流超過 100mA , 長時間通過差動回路有 可 能造成繼電器損壞 。 建議在斷開裝置電源前先按 下保護 BLOCK 閉鎖按鈕 , 手動閉鎖差動保護 ,

10、 這 樣在大電流試驗端子切換過程中就不會有電流通 過差動回路 , 或在停用保護時不斷開裝置電源 , 這樣當繼電器檢測出差流后 , 通過雙位置繼電器 自動斷開跳閘回路 、 短接差動回路電阻 。(4 根據設計要求 , 有些情況下母差保護動 作后跳閘繼電器需要自保持且需要手動復歸 , 否 則合閘開關會立即跳開 , 這就要求在保護鎖存跳 閘繼電器動作后要及時復歸 。(5 如果母差保護大電流試驗端子的絕緣不 良會出現(xiàn)電流回路分流 , 這種潛在的危險在母線 輕負荷運行時不易發(fā)現(xiàn) , 但一旦發(fā)生故障 , 則有 可能造成母差保護拒動或誤動 。 大電流試驗端子 底座有些是固定在導電的金屬板上 , 如果安裝不 當

11、 , 就有可能發(fā)生試驗端子通過導電的金屬板接 地造成電流回路分流 。 建議制造廠家在安裝大電 流試驗端子時改用絕緣板來固定 , 避免給運行帶 來安全隱患 。(6 某變電站因擴建新上間隔 , 對 REB103母 差保護進行帶負荷試驗 。 當切換新上間隔 TA 大 電流試驗端子時 , 保護并沒有出現(xiàn)預期的 TA 斷 線告警現(xiàn)象 , 沒有因此被閉鎖 , 在這種工況下一 旦 母 線 發(fā) 生 區(qū) 外 故 障 , 故 障 電 流 將 流 進 差 動 回 路 , 保護將可能誤動 。 重做上述試驗 , 發(fā)現(xiàn)問題 的產生歸結于保護備用輔助 TA 勵磁電流的分流 影響 , 致使 TA 斷線告警靈敏度降低 。 為避

12、免上 述情況發(fā)生 , 尤其是在線路輕負荷下發(fā)生 , 建議 適當降低 TA 斷線定值 , 提高其靈敏度 。表 1浙江 500kV 電網主要保護配置情況保護設備提供商 AREVA ABB GE 國產線路主保護 (光纖綜差 P546, P540REL561L90RCS931, CSC103A 線路后備保護 (距離 /零序反時限 LFZR , P443REL561DLP RCS901主變保護 P441RET521, RET670RCS978斷路器保護 P141, P442REL551DRS , DBF RCS923母差保護 (中阻抗電磁型 REB103BUS2000被 短 接浙 江 電 力 I T3I

13、 D1I L差動保護22011年第 11期 圖 3RET670裝置過勵磁保護可編程邏輯修改&TRIP UBLOCKV in1V in2V out1out1V out2out200TRIP START(7 在某變電站 REB103母 線保護 定校中 發(fā) 現(xiàn) , 主變 220kV 失靈保護解除母線復壓閉鎖回 路設計上存在一個嚴重缺陷 , 有可能造成事故范 圍的擴大 。 改進措施 :對母線互聯(lián)切換回路接線 進行改進 , 如圖 2虛線框所示 , 利用互聯(lián)切換中 間繼電器的備用常開接點 , 在主變解復壓閉鎖回 路中并入互聯(lián)重動接點 。 “ 互聯(lián) ” 方式運行時并接 正 、 副母復壓開放元件兩個回

14、路 , 可實現(xiàn)母線互 聯(lián)時主變失靈保護同時解除兩段母線復壓閉鎖 。2.2保護整定值和可編程邏輯問題(1 在定期校驗中多次發(fā)現(xiàn)保護定值輸入錯 誤 。 比如 ABB 主變后備距離保護 REL511定值整 定與定值單不 一致 ; ALSTOM 公 司 P141失靈 保 護 定值按 缺省模 式放置 未整 定 ; 線路 距 離 保 護LFZR 保護裝置尤其是其第二套定值未整定等 。(2 某些保護定值在定值單中并未給出 , 屬于隱含項 , 但這些定值同樣需要整定 。 如某變電 站 ABB 主變后 備距離 保 護 REL511將 電 壓 二 次 額定值整定成 100V , 實際應該為 57.7V , 導致

15、與電壓相關元件動作值提高至整定值的 1.732倍 , 可能影響 TV 斷線后斷開相元件的正確判別 ; 又 如 ABB 主 變大差 動保 護 RET521中 頻 率 測 量 元 件 FRME 未開放 , 該整定項定值單中沒有 , 導致 過勵磁保護不能動作 。(3 某些保護定值單中的定值整定有誤 。 比 如某線路差動保護 P546兩側啟動電流整定不一 致 , 導致兩側動作電流不一致 ; 又如某主變故障 錄波器非電量錄波整定與實際接線和設計不符 , 將導致不能正確錄波 。(4 某變電 站定期 校驗中 發(fā)現(xiàn) RET670過 勵 磁保護無法啟動 220kV 以及 500kV 斷路器失靈 保護 3-4,

16、只有在提高過勵磁保護出口跳閘脈寬整定時間時才能正常啟動失靈保護 , 導致在主變故 障時事故擴大 。 改進措施 :利用 TRIP 命令和過勵 磁內部邏輯 START 輸出通過一個邏輯與門形成 新的 TRIP 命令 , 克服了單純提高跳閘脈寬整定 時間有可能造成誤啟動失靈保護的安全隱患 , 如 圖 3所示 。(5 某些保護可編程邏輯配置錯誤導致保護裝置內部不能正確發(fā)信 , 以及存在裝置邏輯不完 善等問題 5。2.3圖紙設計問題(1 在定校中發(fā)現(xiàn)某些繼電保護二次回路設計錯誤 。 比如某變電站 ABB 保護 REL561裝置的 零序 TA 回路設計誤短接 , 這將導致線路保護的 零序反時限保護不會動作

17、 。 另外還有些重要的信 號回路設計遺漏 , 沒有將其接入至監(jiān)控系統(tǒng) 。(2 圖紙與現(xiàn)場實際接線不符 。 定校中發(fā)現(xiàn)此 類問題具有一定普遍性 , 尤其是運行時間較久遠 的變電站 , 這給運行人員和檢修人員帶來不便和 安全隱患 。2.4保護設備問題(1 定校中發(fā)現(xiàn)有些電磁式繼電器的動作電壓偏低或偏高 , 有的接點粘牢或卡死 , 有的干脆 拒動 。(2 保護裝置死機問題 。 如距離保護 LFZR 多 次發(fā)生死機現(xiàn)象 6, 與電磁干擾特別是電磁瞬變 脈沖干擾 (EFT/B 有關 。 圖 4為繼電器觸點閉合 時彈跳實測波形 , 可以理解為近似的 EFT/B標準 波形 , 經實測是引發(fā) EFT/B干擾的

18、主要干擾源 。 試驗表明 EFT 的干擾一般不會損壞裝置 , 但因為 裝置微處理器及外圍器件的各個邏輯元件都有相 應的電平和噪聲容限 , 侵入系統(tǒng)的外來噪聲一旦 超 過 了 某 種 容 限 , 就 可 能 造 成 微 處 理 器 系 統(tǒng) 出 錯 , 使受干擾設備工作出現(xiàn) “ 軟 ” 故障 , 如程序混圖 2主變解復壓閉鎖回路主變正母閘刀重動主變副母閘刀重動 主動 220kV 失靈動作主動 220kV 失靈動作+-互聯(lián)接點分別至正 、 副母 復壓開放元件過勵磁保護內部邏輯趙曉明 , 等 :電力系統(tǒng)繼電保護定期校驗問題綜述及其展望 32011年第 11期亂 、 數據丟失 、 邏輯回路不正常工作 ,

19、 數字系統(tǒng) 的位錯 、 系統(tǒng)復位 、 內存錯誤以及死機等現(xiàn)象 。 對 EFT 干擾的抑制可以采用隔離 、 屏蔽 、 濾波 、 退耦 、 接地 、 限幅以及合理布線以減少雜散電容 等措施 。 本例中 , 將保護動作及 TV 斷線掉牌信號 繼電器用另一種型號繼電器代替以減少電感 、 雜 散電容耦合程度 , 內部故障信號消失 , 保護裝置 不再非正常重啟和死機 , EFT 干擾被可靠抑制 。(3 定校中多次發(fā)現(xiàn) Hathway 故障 錄波器 裝 置內電壓回路極性反接 , 導致錄波不正確 。 另外 也多次發(fā)現(xiàn) Hathway 故障錄波器的觸發(fā)不正常 、 部分模擬量元件損壞等問題 。(4 在對某主變距離

20、保護進行試驗時 , 發(fā)現(xiàn)TV 斷線邏輯 5項預期結果中有 1項 “ 突變量 ” 未滿足 , 后與廠家一起反復試驗 , 確認這套微機保護 裝置 DSP 模塊有問題 , 現(xiàn)場更換了 CPU 板后問 題得以解決 。2.5二次回路接線問題(1 定校中發(fā)現(xiàn)多處二次回路接線錯誤 , 比如某主變大差保護 RET52135kV 側 TA 二次繞組錯 接為計量 0.5S 級繞組 , 可能導致主變 35kV 側區(qū) 外故障時 TA 飽和 , 引起 RET521保護誤動等 。(2 接線松動 , 尤其是屏內某些接線 。 比如某 主變 220kV 開關本體三相不一致保護接線松動 , 將導致主變 220kV 開關三相不一致

21、時保護拒動 。 某主變 5032開關監(jiān)控屏內跳閘接線松動 , 可能 導致主變保護動作時開關三相不一致跳開關等 。(3 二次回路絕緣不好 , 導致直流接地以及 交流 、 直流電源相互間干擾 。(4 定校中發(fā)現(xiàn)某些繼電保護與安全自動裝 置壓板標簽貼錯或漏標 。3繼電保護校驗技術展望3.1繼電保護試驗新方法研究隨著特高壓電網繼電保護 、 數字化變電站等新技術的不斷深入發(fā)展 , 這些新設備的試驗方法 將 是下一 個研究 熱點 。 目 前的 現(xiàn) 場 繼 電 保 護 試 驗 , 基本上以穩(wěn)態(tài)試驗為基礎 , 所加的試驗量均 為穩(wěn)態(tài)量 , 沒有體現(xiàn)電網故障時的電磁暫態(tài)過程 。 利用數字化仿真電磁暫態(tài)過程 ,

22、比如通過 PSCAD 軟件建模 , 再通過繼電保護設備進行故障回放 , 可 以更加嚴格地檢驗繼電保護設備的性能 。以往縱聯(lián)保護的通道聯(lián)調試驗無論是高頻縱 聯(lián)保護 (比如高頻允許式距離保護 還是光纖縱差 保護均受試驗裝置所限 , 只能在變電站兩側依次 加故障量 , 不能充分模擬故障狀態(tài) 。 新的繼電保 護試驗裝置已經具備 GPS 觸發(fā)功能 , 可以在變電站兩側設置統(tǒng)一觸發(fā)時間 , 兩側試驗裝置將同步 輸出故障量 , 模擬的故障狀態(tài)更趨于實際 , 對于 區(qū)外故障和較復雜邏輯比如弱饋邏輯 、 信號轉發(fā) 邏輯等均能較為真實的反映 。 這種更具真實意義 的通道聯(lián)調方法對依靠縱聯(lián)通道的主保護具有更 好的驗

23、證作用 。特高壓輸電技術是電網技術的制高點 , 面對 發(fā)展特高壓這一重大機遇 , 應積極開展這方面的 科研工作 。 例如可以預先開展諸如特高壓電網繼 電保護數字仿真研究等項目 , 增強自主創(chuàng)新能力 和核心競爭力 , 開發(fā)具有自主知識產權的關鍵技 術 , 實現(xiàn)技術升級 , 同時培養(yǎng)和儲備高水平的人 才隊伍 。 對于新方法的研究 , 一是制定新的 、 科 學 的試驗 標準和 試驗 規(guī)程以 及標準 化 作 業(yè) 指 導 書 ; 二是開展數字化仿真試驗 ; 三是開展以提高 效率為目的的校驗過程自動化研究 。3.2基于 IEC 61850技 術的保 護定期 校驗技 術研究以 IEC 61850技術為代表的

24、下一代數字化變 電站技 術是當 前繼電 保護 和控制 領 域 的 研 究 熱 點 。 與傳統(tǒng)變電站不同 , 數字化變電站更換了保 護和控制設備甚至一次設備之間的電纜連線 , 取 而代之的是依靠光纖等通信介質在以太網上交換 數據進行保護和控制行為 。 數字化變電站保護定 期校驗在安全措施和單元劃分上與傳統(tǒng)的保護定 校有很大不同 :傳統(tǒng)的二次回路特別是跳閘回路 一般均有可見的隔離斷開點 , 校驗單元和范圍劃 分與一次設備相一致 , 基本以獨立間隔為單元 , 各個校驗單元一般較為獨立 , 相互關聯(lián)少 。 而數圖 4繼電器觸點閉合時彈跳實測波形150100501005001000電 壓 /V時間 /s

25、浙 江 電 力 42011年第 11期字化變電站保護之間全部靠光纜通信交換數據 , 跳閘等回路沒有直觀的物理斷開點 , 安全措施又 不能單純地依靠斷開光纜簡單處置 , 在實踐中一 般通過設置 GOOSE 軟隔離壓板阻斷與運行設備 相關的跳閘回路 , 劃分交換機 VLAN 使運行保護 數據與試驗數據在網絡層面上邏輯隔離 , 科學合 理地劃分校驗單元也是做好安全措施的關鍵點 。 同時以下幾個技術問題值得關注 :數字化變 電站建模 , 數字化變電站保護與控制設備擴建技 術 , 數字化變電站的運行維護 , 基于 IEC 61850技術變電站的各項規(guī)程 、 規(guī)范 、 指導書等的制定 , 數字化變電站的安

26、全性 、 可靠性評價等 。3.3繼電保護狀態(tài)維修技術研究狀態(tài)維修技術已成功地用于發(fā)電廠設備的維 修 , 并正在用于輸變電設備的檢修 。 隨著電網容 量的增大 , 維修費用占電力成本的比例也不斷提 高 。 如何采取合理的維修策略和正確確定維修計 劃 , 以保證在不降低安全性 、 可靠性的前提下節(jié) 省維修費用 , 成為電力設備維修部門面臨的重要 課題 。以可靠性為中心的狀態(tài)維修是在元件可能故 障對整個系統(tǒng)可靠性影響評估的基礎上 , 確定維 修計劃的一種維修策略 。 預測性維修是根據對潛 伏故障進行在線或離線測量的結果和其他信息來 安排維修的技術 。 數字化變電站的保護具備很強 的自診斷功能 , 無論從保護裝置本身還是網絡都 有實時的監(jiān)視診斷功能 , 一旦裝置故障會立即報 警和采取相應的閉鎖措施 。 一次設備的數字化 、 智能化給全站統(tǒng)一狀態(tài)維修提供了必要條件 , 可 預見將來的設備檢修將大大弱化一 、 二次設備之 分 , 統(tǒng)一的狀態(tài)維修將成為趨勢 。參考文獻 :收稿日期 :2011-07-05作者簡介 :趙曉明 (1976-, 男 , 河南許昌人 , 高級工程師 , 華北 電 力大 學 電 氣與 電 子 工程 學 院 在 職 研 究 生 , 從 事 電 力 系統(tǒng)繼電保護研究和試驗工作 。(本文編輯 :楊 勇