220k V继电保护的可靠性的分析和改进

广东省电力第一工程局 沈波

220k V继电保护的可靠性的分析和改进

广东省电力第一工程局 沈波

继电保护的可靠性关系到整个电网的运行安全,其中继电保护装置是保证电网运行环节的核心设备。本文从影响继电保护可靠性的几个因素出发,分析了提高继电保护可靠性的几点具体措施,并提出了其中存在的主要问题和可以改进的方向。

继电保护可靠性改进

随着近几年经济的飞速发展,各种科学技术日新月异。其中电力系统中的继电保护环节也随之产生了显著的变化。由于人们生活生产的需要,对供电范围和电力系统容量的要求也越来越高,系统的复杂化是大势所趋,因此继电保护的可靠性日益显现出其不可忽视的重要地位。在此对可靠性的保护问题进行分析和研究,具有重要意义。

一、220kV继电保护的可靠性分析

继电保护的可靠性研究对象,一般包括单一的继电保护装置和各保护装置之间的配合。要从根本上有效提高继电保护的可靠性,就要加大对单一继电保护装置及电力系统中各保护装置之间的协调性研究。

根据统计:在2001～2003年南方电网一般电网事故中,按技术分类属继电保护因素的共39次,占全部一般电网事故的26.17%,是造成或扩大为电网事故的主要因素之一。由继电保护技术分类可以看出,保护误动、误碰误动、保护拒动和二次回路故障是造成或扩大成电网事故的重要原因之一。在39次继电保护技术分类中,保护误动共19次,占48%,居各类技术原因之首;其次是误碰误动共8次,占21%。对39次继电保护问题进行责任分析,由于制造质量不佳共15次,占38%;继保人员6次,占15.3%;其他人员责任(运行、试验、检修、调试、管理等)共11次,占28.2%。继保人员和其他人员责任两者合计共17次,占43159%。可见,保护误(拒)动和人员责任是继电保护造成或扩大一般电网事故的主要原因。

在220kV电力系统中,常常会准备2套不同的主保护方案和对应的2套后备保护方案。必须经过可靠性计算,以力求其可靠性高效化多重化。过去的保护模型都只是建立在硬件失效的基础上,今时今日这种单一的模型已经不能全面的反应保护系统的真实情况,因此建立不同模式配制的保护系统可靠性模型是十分有必要的。一般推荐建立马尔科夫模型,如图1。

图1

图1 为2套主保护及远、近后备保护系统的状态空间图。分析图1,状态1表示输电线路和2套主保护正常工作;远、近后备保护运转正常,处于待命阶段。当输电线了产生故障,状态1马上转化为状态2,当2套保护中的一套主保护拒动,状态2随即转为状态3,状态4表示2套主保护均拒动,近后备保护正常运作,远后备备用待命。状态5表示近后备也拒动,所有的保护工作由远后备接管,状态6表示所有单元都拒动。保护系统中出现的误动拒动等都可依照此模型类比分析。

二、220kV继电保护典型范例

对常规变电所而言,220kV继电保护配置已定型,即对220kV线路配置两套不同原理的线路保护、对220kV母线配置单套差动保护。对不带电源的220kV终端线路保护,电力公司规定:电源侧配置单套距离零序保护,负荷侧不配线路保护。如果220kV线路终端变侧不配保护,以表3为例,当220kV线路有故障发生时,侧线路保护就会跳开断路器,若该终端变所带负荷电流和小电厂的电流相抵的话,则小电厂的低压解列装置可能启动不了,小电厂会带着负荷短时运行。

图2 系统接线图

一般情况下,变压器高压侧后备保护整定电流是变压器额定电流的1.41倍,一般180MVA的变压器220kV后备保护整定电流是637A,120MVA的变压器220kV后备保护整定电流是425A。根据表3,我们知道小规模电厂提供的故障电流基本没有,有时甚至会出现负荷电流,它小于后备保护电流,对变压器构不成影响,因此变压器后备保护设施跳不开220kV断路器,就只能手动拉开断路器。但是由于故障点仍然有电流通过,这样可能会对周围其他的电力设备构成危害。所以应该尽快清除电路故障。

表3 系统短路电流值

针对此类情况,一般使用线路弱电源侧弱馈保护,它的的工作原理是:如果正反向元件没有动作时,出现最少有一相电压为低电压,将被判定为正反向故障,跳闸就会启动。在实际生活运用中这样的判断方法并没有很好的效果,由表3可见,两相电源都发生短路时就会有52.2V的较高电源出现,不能满足低电压条件,即启动不了弱馈保护。

三、提高继电保护可靠性的具体措施

1.保证保护装置的制造质量,对其各元件的质量进行严格管理,要求尽量采用寿命长和故障产生率低的元件,严禁劣质元件鱼目混珠。

2.为避免高压大电流、断线故障和切合闸操作电弧带来的负面影响,必须将晶体管保护装置与高压室隔离安装,尽可能安装空调系统,同时各种底座的空隙要密封,隔绝灰尘和有害气体。

3.负责继电保护系统的技术人员要培养高度的责任心,在工作过程中认真严谨,仔细分析各种情况后再计算,保证各个定值参数真实准确,合理匹配。

4.要求两套主保护系统并列运行,在输电线路设备的主保护的关键环节采取多重化的设施保护,以确保整个保护系统能够快速地切断故障,保证电力系统的动态稳定性。

5.定期检验保护装置的运行和维护情况,对其故障处理的能力进行分析评估和记录,并总结各种可能出现的故障和事故,分析后制定出系统全面且有针对性的反事故措施。

6.增加各保护之间的协调性,提高后备保护的可靠性、灵敏性。

7.在工程竣工验收时,要求各验收人员对各项目详细化,确保保护装置、二次线、互感器极性、保护定值不出差错。

四、改进方向

随着经济和科技的不断发展,要保证继电保护系统可靠性跟上生活生产的步伐,就要求提出更多更好的保护措施,使其能够与时俱进。在新形势的推动下,有以下几点新的建议可供参考:

1.加强对新形势新问题新科技的感知灵敏度,及时发现问题,并迅速提出有效的解决方案,制定新的检修措施,有针对性地修订相关规定,为今后的继电保护检查提供参考依据。

2.结合微机保护中的自我检查和通信实力,对继电保护装置的状况及时掌握确保保持继电保护装置的正常运行。

3.加强对二次回路的在线监测,及时反映二次回路的绝缘情况、二次回路的通断情况,杜绝因为二次回路故障出现的保护拒动、误动情况。

4.开发出在不停电的环境下就能够对整个继电保护系统进行检查维修的新技术,对继电保护装置的运行程序、采集的开关量、模拟量进行分析,判断保护系统是否正常运行。

5.开展对变电站综合自动化工作的方案研究,采用分散式继电保护装置和集中式继电保护装置相结合的方案,对系统中可能出现的保护拒动故障情况进行分析,由集中式保护装置作出正确的判断,切开相应的开关防止故障范围的扩大,袮补分散式保护及集中式保护各自的不足。

五、结语

综上所述,继电保护的可靠性涉及到设计、制造、人员维护和管理等各个方面,只有迅速准确地掌握新出现的影响因素,对症下药,才能及时解决继电保护环节中出现的问题和障碍,保证电网的运行安全良好,各种生产才能与时俱进。与此同时,保证了生产生活环境用电的可靠性,也从另一方面减小了安全事故带来的经济损失和社会负面影响,有效地促进国民经济的健康发展。

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