供电系统继电保护可靠性分析

2012-03-30薛宏飞

电气传动自动化 2012年2期

薛宏飞，马强

（兰州石化公司，甘肃兰州 730060）

1 继电保护的可靠性

电力系统在运行中，可能发生各种故障或不正常运行状态。在电力系统中，除了采取各项积极措施尽可能消除或减少发生故障的可能性以外，一旦发生故障如果能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，就可以防止事故扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行，使故障设备免于继续遭受破坏。然而，要在极短时间内发现故障和切除故障设备，只有借助于特别设置的继电保护装置才能实现。

继电保护装置是一种自动装置，在电力系统中担负着保证电力系统安全可靠运行的重要任务，它随时监控系统的运行状态，并能迅速发现故障，进而有选择地通过断路器切除故障部分。另外，当系统出现异常情况时，继电保护装置会向值班人员发出信号，提醒值班人员及时采取措施、排除故障，使系统恢复正常运行，并且该装置会与其他自动装置配合，消除瞬时性故障。所以继电保护装置是保证供电系统安全运行和可靠供电的重要设备。由于电力系统的容量越来越庞大，供电范围越来越广，系统结构日趋复杂，继电保护可靠性就显得尤为重要，对继电保护可靠性的研究就很有必要。

如果继电保护装置在电力系统某部分或其他电气设备（如输电线路、变压器、发电机等）出现故障时发生拒动或误动，特别是在重要的输电线路发生故障时发生拒动，都将造成电力系统故障的蔓延，甚至引发大面积停电。这方面的教训很多，也很深刻。

2 影响继电保护可靠性的因素

继电保护装置在投入运行后，便进入了工作状态，按照给定的整定值正确地执行保护功能，时刻监视供电系统运行状态的变化，出现故障时正确动作，把故障切除。当供电系统正常运行时，保护装置不动作。这就有“正确动作”和“正确不动作”两种完好状态，说明保护装置是可靠的。如果保护装置在被保护设备处于正常运行而发生“误动”，或被保护设备发生故障时，保护装置却“拒动或无选择性动作”，则为“不正确动作”。就电力系统而言，保护装置“误动或无选择性动作”并不可怕，可怕的是保护装置的“拒动”，造成的大面积影响，可能导致电力系统解列而崩溃。

导致继电保护工作不正常的原因可能有以下几种：

（1）继电保护装置的制造厂家在生产过程中没有严格进行质量管理、把好质量关，如：某些继电器的工作性能未经实际运行考验却定型生产；制造工艺粗糙，如电磁型、机电型继电器零部件的精度低、材质差、易磨损、转动不灵活；晶体管保护装置中元器件的质量差，性能变化大，插件板与插座接触不良，配合不紧密，容易发生错动；保护装置出厂产品未严格按照试验条件和要求进行可靠性试验。

（2）继电保护装置在运行过程中受周围环境影响较大。由于其周围空气中存在大量的粉尘和有害气体，同时又受到高温的影响，将加速继电保护装置的老化，导致性能改变。有害气体也会腐蚀电路板和接插座，造成继电器接点被氧化，引起接触不良失去保护功能。

（3）晶体管保护装置易受干扰源的影响，如电弧、闪电电路、短路故障等诸多因素，导致发生误动或拒动。

（4）保护可靠性在很大程度上还依赖于运行维护检修人员的安全意识、技能和责任心。继电保护的可靠性与调试人员有密切关系，如技术水平低、经验少、责任心不强、发现和处理存在问题的能力差等。

（5）保护装置的正确动作与操作电源有关，特别是电容储能装置，电解电容日久老化、容量下降故障时断路器不能切闸；而酸性或镉镍蓄电池也存在接地或电压电流不足等问题，如果维护不周，也会造成不可靠。

（6）互感器质量差，在长期的运行中，工作特性发生变化，影响保护装置的工作效果。

（7）保护方案采用的方式和上下级保护不合理，选型不当。

（8）继电保护整定值不准确、各级保护之间整定值配合不当，都将导致保护拒动或误动。

3 供电系统继电保护现状和问题

配电系统设备性能差别较大，较落后的继电保护设备会影响继电保护的可靠性，继电保护分布特点有电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型，以从事电气工作多年的经验来看，继电保护系统存在以下几个方面问题。

3.1 设备落后

电磁型继电保护的保护形式和现在技术较先进的微机型保护相比存在着元件数量多、连线较复杂、可动部分易磨损、触点怕振动、簧片易变形、体积较大、消耗功率较大、动作速度慢和灵敏度低等缺陷，严重影响继电保护的可靠性，不能很好地满足选择性、快速性、灵敏性和可靠性的要求。特别是近年来这种继电器越来越频繁暴漏出缺陷，出现由于继电器触点振动、触点绝缘部件绝缘降低等原因引起的断路器跳闸故障。

3.2 配合级差存在问题

继电保护装置的级差配合，是保证系统安全运行的重要环节，而配合的关键就是灵敏度和动作时限要同时满足相互配合的要求。供电系统结构越复杂，运行难度越大，变送电梯级增多，使电流速断时间势必增大，而时间太长，必然影响变送电设备的安全。因此，配合级差的问题尤为图突出，若新总变作为一级6kV高配电源，配出回路速断时间定为0.8s，而下一级高配所如三催高配所、二循高配所的进线开关的时间也定为0.8s，这就在故障状态下难以区分哪个开关先动作，上级开关动作必将带来更大的不利影响。就在同一高配所内进线开关和单配出回路的速断时间分别定为0.8s和0.4s，对于电磁型继电器来讲0.4s的差别也是难以保证哪个继电器先动作，可靠性难以保证，所带来的后果差别也较大。

3.3 整定值的合理性存在问题

整定值是对线路和设备进行保护的重要参数，整定值的计算一般比较复杂，需要很强的专业要求，而我公司的继电保护整定值存在一些问题，有同样型号和容量相同的两台设备具有不同的过流、速断值，有下一级设备的整定值要大于上一级设备的整定值，造成在下级设备出现事故却跳开上级开关的现象，致使事故范围扩大。这给系统安全运行带来隐患。

3.4 缺少专人进行统一管理

继电保护的管理是电气管理中的重要部分之一，其实问题（2）、问题（3）的出现就是缺少专人管理的重要表现，继电保护的管理需要系统、全面地进行，从整体上进行合理的布局、分级，对于新上设备进行合理选型和计算，定期对全公司各级别参数进行复核，所有这些工作需要专人进行。

4 提高继电保护可靠性的措施

提高继电保护可靠性的措施贯穿于继电保护的设计、制造、运行维护、整定计算和整定调试的全过程。而继电保护系统的可靠性主要决定于继电保护装置的可靠性和设计的合理性。其中继电保护装置的可靠性又起关键性作用。由于保护装置投入运行后，会受到多种因素的影响，不可能绝对可靠，但只要制定出各种防范事故方案，采取相应的有效预防措施，消除隐患，弥补不足，其可靠性是能够实现的。通过以下几个方式对继电保护装置进行发展和升级来提高其可靠性。

（1）晶体管保护抗干扰能力较差，易受干扰源的影响，故在安装和调试时应采取有效措施，切断干扰的耦合途径。如设置隔离变压器、滤波器、加设接地电容、输入输出回路采取屏蔽电缆、装置中增设各种闭锁电路等。也可采用晶体管保护巡回监测装置进行监视。

（2）晶体管保护装置在设计中应考虑安装在与高压室隔离的房内，免遭高压大电流、断路故障以及切合闸操作电弧的影响。同时要防止环境对晶体管造成的污染，有条件的情况下要装设空调。电磁型、机电型继电器外壳与底座间加胶垫密封，防止灰尘和有害气体侵入。

（3）继电保护专业技术人员在整定计算中增强责任心。在计算中进行认真分析再确定，使各级保护整定值准确，上下级保护整定值匹配合理。

（4）继电保护专业调试人员要不断提高专业技术水平，增强责任心，不断提高发现和处理各种技术问题的能力。在调试工作中认真负责，严格按调试规程的要求进行调试工作。

（5）加强对保护装置的运行维护与故障处理能力并进行定期检验，制定出反事故措施，提高保护装置的可靠性。

（6）从保证电力系统动态稳定性方面考虑，要求继电保护系统具备快速切除故障的能力。为此重要的输电线路或设备的主保护采用多重化设施，需要有两套主保护并列运行。

（7）供电系统中的供电设备发生故障时，如双重主保护均不动作，则还应加装切除故障的设备保护装置。在保护整定计算时要合理考虑后备保护与主保护的配合特性和选用整定值。

（8）为了使保护装置在发生故障时有选择性动作，避免无选择性动作，在保护装置设计、整定计算方面应考虑周全、元器件配合合理、才能提高保护装置动作的可靠性。为进一步提高继电保护的可靠性，防止供电系统二次事故的扩大，在供电系统中的重要变电所装设“备用电源自动投入装置”（即BZT装置）。事实证明，在供电系统中装设的该装置，在多次电源事故中起到了重要作用，为供电安全起到了关键性作用。

（9）设备改造要合理配备综保，选用先进和尽量统一型号，对新上或原电气设备改造时尽可能选用先进的微机型继电保护形式。继电保护元件尽量选择先进而统一型号，一方面性能质量可靠，另一方面给维护带来便利，型号过繁必然给维护带来不利影响，把好质量关，提高装置中各元器件的质量。尽量选用故障率低、寿命长的元器件，不让不合格的劣质元件混进其中。参与选型的各级电气管理人员要从长远和发展的角度进行考虑这个问题。

（10）发展集散DCS控制系统：DCS在各生产中得到广泛而较好地应用，现在把电气系统监控纳人DCS是近几年发展的先进技术，优点是可充分利用DCS成熟的分散控制技术，有效提高整个电气系统监控的安全性和可靠性，实现机、电一体化控制，而提高电气设备的自动控制水平，这也是电气自动化发展的方向。发展DCS控制系统具备以下几个优点：①集中控制，在这里集中控制的概念已经拓展到通过网线或专有通讯线把所有高压变电所连接起来进行集中控制，形成高度自动化；②电能质量检测，DCS的电能质量以图形和参数表多种形式，全面而准确地反映电能质量；③电量自动计算，DCS的应用会轻易解决这个多年以来难以解决的电量自动计算问题，真正能够做到节省人力，按时准确进行自动计量。

（11）高低压综保综合管理：低压综合保护应用要与高压综合保护同步进行，低压电机综合保护器已经在一气分、一常压、二催化变电所得到应用，实践表明低压综保的选择性、快速性、灵敏性和可靠性都优于传统的保护方式，在大力推广低压综保同时，要注意尽量选择型号先进、厂家一致的，利于维护和管理，低压综保的发展趋势也是微机监控管理，日后的电力系统发展必然运用微机对高低压开关设备进行综合监控管理，而现在要做好的工作就是为将来的自动化监控发展前景打下良好基础。