电气二次设计常见问题的研究

2012-07-12华自科技股份有限公司傅元秀

电子世界 2012年15期

关键词：刀闸互感器继电保护

华自科技股份有限公司傅元秀

电气二次设计常见问题的研究

华自科技股份有限公司傅元秀

本文从安全防误、继电保护、光纤纵差保护、二次接地与抗干扰和电流、电压的选用等方面对电气二次设计的问题进行探讨，以期为确保电网安全提供理论依据。

电气二次设计；安全；配置；保护

继电保护、安全防护和安全闭锁装置是电力系统安全卫士，没有继电保护自动化系统的保证，也就无法保证系统的安全稳定和经济运行。本文笔者结合自己多年的实际工作经验，对电气二次设计中常见的问题进行总结与研究，以期为确保电网安全提供理论依据。

1.安全防误

国家电网公司的《防止电气误操作装置管理规定》中规定的：凡有可能引起以上事故的一次电气设备，均应装设防误装置。防误装置应实现以下“五防”功能：一是防止误分、误合开关：二是防止带负荷拉、合隔离刀闸：三是防止带电挂(合)接地线(接地刀闸)：四是防止带接地线（接地刀闸)合开关(隔离刀闸；五是防止误入带电间隔。为了能有效地实现“五防”功能，有效地避免误操作事故的发生，必须在电气设备上设置闭锁装置或装设微机五防系统，即机械闭锁装置、电磁锁、程序锁、电气闭锁等系统。防误装置应具备以下基本要求：结构简单、可靠，操作维护方便，尽可能不增加正常操作和事故处理的复杂性；应有专用的解锁工具(钥匙)：防误装置应满足所配设备的操作要求，并与所配用设备的操作位置相对应：防误装置应不影响开关、隔离刀闸等设备的主要技术性能；防误装置应选用符合产品标准、并经国家电网公司或区域、省《区、市)电网公司鉴定的产品。

目前在应用的防误装置的类型主要有：挂锁、机械闭锁装置、电气闭锁装置、微机防误闭锁装置等。为了确保电网系统的安全运行，杜绝变电运行人员发生误操作事故，应从如下方面入手：①加强防误装置的管理，明确防误专责人员，建立防误装置台帐，对各种型号的防误装置的故障率进行认真统计分析，做好基础工作。制定电气防误闭锁装置的运行规程和检修制度，明确职责，落实责任。加强闭锁装置万用钥匙保管和使用的管理。要把防误闭锁装置的日常维护和定期检修工作落到实处。保证防误装置安装率、完好率、投入率100%。②电动刀闸操作箱亦应纳入规范化管理，电动按钮及分合闸中间继电器(接触器)应有防误碰措施，对没有电气闭锁的电动刀闸操作后应及时断开操作电源，刀闸操作电源必须有独立的控制开关，且操作电源必须取自电机电源(防止带自保持的分合闸中间继电器在没有电源的情况下操作后，运行人员合上电机电源时刀闸误动作)。③针对不同类型机构的特点，对不同电压等级的隔离开关、接地刀闸以及网门等采取具体措施(加装位置对应装置)，增加不同的附件达到防空行程的目的[1]。

图1 光纤纵差保护系统的组成Fig.1 Structure of fiber optic protection system

2.继电保护

继电保护是保障大电网安全的第一道防线。如果保护装置在故障发生时正确、快速、可靠动作，将有效遏制系统的状态恶化，起到保障电网安全稳定运行的作用。反之。则可能扩大事故，甚至导致电网大面积停电。近年来国内外频繁发生的大停电事故调查表明，虽然引发电网大面积停电的因素很多，但由于保护误动、拒动以及电网大范围潮流转移过程中发生的保护连锁动作，是导致事故扩大，乃至引发系统大面积停电的关键因素之一。实践表明，继电保护系统在保证电力系统正常运行过程中起到一个举足轻重的作用。继电保护系统的失灵相当程度上影响了电力系统安全、稳定运行的能力。而保护系统中的隐形故障被认为是电力系统发生大范围连锁性故障的主要因素。值得一提的是，继电保护及二次回路隐形故障是完全可以预防的。使用目前国内比较先进的保护设备，主保护装置具有自诊断功能，对于装置的一些异常情况都能进行在线监测；关键的问题是必须加强设备管理，严格执行规章制度，建立健全设备的基础技术台帐；作到设备维护、检修到位，人员工作到位，将设备的一些细微变化记录在案，对运行设备的变化情况进行对比分析，找出存在的问题，有针对性的进行处理；尽量降低设备隐形故障的危害，使系统和电气设备避免大规模的事故[2]。

3.光纤纵差保护

光纤纵差保护由于具有中继距离长、传输信息量大、抗干扰性能好、防止雷电等优点正广泛应用于电力系统中。光纤纵差保护系统主要由保护装置、光通信接口设备和光通信系统组成，以双端光纤保护系统为例，如图1。

光纤纵差保护的基本原理是通过交换线路两侧的模拟量，比较两侧电流方向或大小来判断被保护线路上是否发生了短路，以决定保护是否动作。纵差保护原理的理论基础是基尔霍夫电流定律，它具有良好的“天然”选相能力和良好的网络拓扑适应能力(能适应任何型式的输电线路)，对于提高电力系统的安全稳定性和输电供电的灵活性为目标的电网的建设，具有非同寻常的意义[3]。

4.二次接地与抗干扰

电力二次系统工作性能的稳定可靠对予整个电力系统具有重要作用。分析研究电力二次系统的接地及其抗干扰等问题具有重大意义。二次系统接地的常用种类有：①工作接地：工作接地是为系统正常工作而设置的接地。如为了降低电力设备的绝缘水平，在1lOkV及以上电力系统中采用中性点接地的运行方式，在两线一地的双极高压直流输电中也需将其中性点接地。②防雷接地：为了避免雷电的危害，避雷针、避雷线和避雷器等防雷设备都必须配以相应的接地装置以便将雷电流引入大地。③安全接地：为了保证人身的安全，将电气设备外壳设置的接地。二次系统接地方法主要有保护系统和信号系统的接地、二次回路的接地、二次电缆屏蔽层的接地等。二次系统的常见干扰源主要有：电磁耦合干扰、射频干扰、雷电干扰、操作引起的干扰以及短路电流、二次回路操作、局部放电及电力二次系统内部的电子元器件等等产生的干扰。

在设计电力二次系统时，在硬件上采用一些抗干扰措施，可以有效抑制干扰信号的侵入，提高装置的抗干扰能力。主要措施有：

①隔离为了抑制共模干扰，保护装置中与外界连接的线路如模拟量、输入输出开关量、数字量和电源线等，经由光电隔离或隔离变压器隔离后再进入装置内部。其中光电隔离主要通过光电耦合器将外部开关量信号及开关量输出和内部电气回路进行隔离，隔离变压器主要通过专用变压器将一、二次侧的交流回路隔离。

②屏蔽屏蔽的实质是通过具有良好导电性的金属所构成的全封闭壳体来隔离和衰减电磁干扰，如微机保护的壳体，将核心数字部件、A／D转换器等器件装在内屏蔽壳体内。常见的屏蔽方式有抑制寄生电容耦合干扰的电场屏蔽(如电压、电流变换器一、二次侧绕组之间隔离)和防止电磁耦合及感性耦合的磁场屏蔽等。

③滤波、退耦与旁路抑制横模干扰的主要方法是采用滤波和退耦电路。交流信号输入通道都有前置模拟低通滤波器，兼有抗干扰的作用。从抗干扰角度考虑，RC滤波器比LC滤波器好，因为RC滤波器是耗散式滤波器，把噪声能量变成热能耗散掉了，而LC滤波器则会产生附加的磁场干扰，所以电感要加屏蔽罩。在电源系统中，对每个电路或每个组件都要采用退耦电路供电。

5.电流、电压的选用

电流、电压互感器的主要用途是为继电保护、测量、仪表提供电力系统一次电流、电压的信息。电流、电压互感器的二次参数是与继电保护、测量、仪表的特性和要求相适应的，其性能直接影响继电保护的可靠性、测量和计量的精度，影响电网安全及工程投资等。由于数字电子技术的发展，微机保护在电网中得到广泛应用，数字式电子测量表记代替了常规电磁式仪表，这给常规电磁式互感器制造及参数选择提出新的问题。第一，测量用互感器只有负载在25%～100%时才能保证其精度，由于综合自动化的应用，取消了电测仪表、控制设备，一般用综合测控装置自身的显示器，再加上设备布置更加紧凑，电缆用量减少，互感器的实际负载远小于25%的额定负载，负载不能匹配，精度难以保证；第二，计费用表记精度达0.2S级，交流采样精度也达O.2级，按常规配置，互感器的精度比所接仪表精度应高一级，即O.1级，目前没有该精度的产品，由于电网规模不断扩大，很难查到暂态特性好同时短路电流倍数又大的电磁特性电流互感器。第三，保护回路要求独立，测量、计量各要求独立的二次绕组，二次绕组数量越来越多，特别是一个半开关接线的接线更是复杂，在此对保护规程提出质疑，能否同一套保护的主保护、后备保护共用一组CT，实际应用中及少有互感器的二次绕组故障，二次绕组数量多可靠性不一定就高。电力系统正在向超高压、大容量电网发展，电磁式电流互感器越来越难以满足发展的要求，铁心易饱和，动态范围小，易受电磁干扰，二次开路易产生高压，易产生铁磁谐振等。有文献报道，光电互感器与光纤通信技术和计算机技术结合，组成光纤局域网，应用于电力系统，是变电站自动化系统发展的方向。