浅析基于继电保护装置构建下的二次回路单点损坏保护

王涛

摘 要：今年来，由于单点损坏造成的继电保护事故有很多，本文从问题根源出发，对二次回路的单点损坏进行了分析和探讨，并制定了一些有针对性的防范措施，在现场的具体实践下，这些措施被证明是合理的、有效的。

关键词：继电保护装置；二次回路；单点；损坏；措施

中图分类号：TM77 文献标识码：A

继电保护是电力系统运行安全经济的保证，是其最为关键的组成部分，可以有效预防事故的发生，对事故进一步扩大化发挥着重要的作用。近年来，许多因制造、回路设计中没有实现可靠闭锁，没有使用单元件，使用单元件故障闭锁，只是少数制造厂，但是，由于单元件引发的相关故障还没有具体的应对措施，进而导致继电保护多起事故的发生。本文分析了在单点损坏的情况下继电保护不能拒动或误动的问题。

一、事故分析

根据近年电力系统故分析，继电保护二次回路单点故障原因造成的继电保护装置误动或拒动情况时有发生。

2010年某变电站的500kV母差保护3B-BFG出现错误动作之后，经过仔细的验证与检查发现，一主通道的转换插件出现问题了，导致电流出现较大幅值，进而交流电流元件异常情况的发生。仔细核查该保护硬件的设计中，直接采用差动与母线相结合的出口方式来实现电压闭锁，所以，500kV母线保护就不存在电压闭锁，这样就造成了单独的A＼D误动故障。

2011年某变电站220kV线路的开关跳闸，经检查，短路故障是由于AD模件-15v的电源的滤波电容被击穿，出现短路后，-15v电压再次恢复到原来的状态，造成AD的转换结果的变化没有规律性，导致该套保护装置与保护动作分离。在硬件设计中，由于采用单个A＼D转换器，是通过串联方式进行数据传输，因此通过上述技术无法确保保护装置不产生误动。

2012年某变电站220kV PST1200主变保护的采样回路出现异常导致保护误为防止AD损坏，装置硬件需要再次启动后，回路就能实现口出跳闸。但是在通道后备一样的情况下，差动保护AD回路需要彼此独立，形成相互间的启动闭锁或者是双差保护同机箱出口在门开或关时，该方案因为采用关通道所带来的误动风险无法解决而无法应用。

在2010年，在220kV开关站某水电厂在进行母线TV二次回路的交直流混缆改造的工程中，从屏将二次回路引入线解开时，导致7台保护装置误动作，甩负荷764MW。该电厂的主变间隙保护装置只是使用一台母线电压互感器，间隙过压保护使用的是开口三角电压，此电压是经过电压互感器的，当断开母线的二次回路接地点时，由于在电压互感器中，二次回路的电缆太长了，会产生较强的对地电容，使得主变间隙过压继电保护装置两端产生电压，并且电压值比较高，实际模拟中，电压有效值会达到184V，最终导致间隙过压保护装置出现错误动作。

2011年某变电站的变压器的保护装置，过激磁保护产生误动作，直接与三个侧开关分离，经过仔细检查后，端子排老化引起的，其造成节点出现松动，进而引起N点电压偏移。在A屏保护装置中，高压侧C相电压幅值达到114V左右，是过激磁倍数的1.98倍，根据整定值来说应该在3秒内跳闸，A相电压幅值为32V，B相电压也高达89V左右，零序电压值为180V左右，而A屏保护的相间电压基本是正常的。

二、故障分析及保护对策

在继电保护系统全过程管理中，要求装置制造、回路设计和系统安装调试、设备验收投运、运行维护，加强对可能出现二次回路单点影响系统安全的情况进行分型，并采取相应的对策，以解决系统中二次回路单点故障扩散为电网故障的情况发生，重点注意以下几方面。

1 直流系统故障伴随电压切换回路故障

2009年某变电站220kV遭到雷击，破坏了二次回路导致附近区域出现短路故障，系统在低压情况下，变电站内蓄电池缺乏容量并且脱扣失电情况比较严重，最终系统失压的严重后果，使得220kV母线电压切换继电器时，没有切入电源，最后造成两条保护回路均产生误动作。因此，在电压切换回路时，必须保证其失电的可靠性，可以采用双位置继电器或磁保持作为保障。

2 TV反充电引起整段保护母线失压故障

2008年某电厂在启动过程中，检修正在运行的某段母线时，倒闸完成母线与开关断开时，造成某第二段母线和二次回路同时出现跳闸情况，造成两段母线的保护装置均没有电压显示。检验后发现，启备变B211刀闸的接线处的接点发生松动，电压切换继电器后引起同时出现错误动作，断开母线开关，停役母线失电运行进行反充电行为，导致空开跳闸。

因此，在二次回路中应该将两个断电器并列连接起来，这样可以使用同一个继电器控制电压切换和节点发出的信号，现场监控相关信号时必须接有“母线电压并列”、“切换继电器同时动作”等信号。在母线出现送电、停电的情况下，对上述有关的警告信号进行检修，若出现错误信号要暂且停止工作，然后派遣检修人员到现场进行检查和处理。

对于没有在保护线上加电压闭锁的，母差保护硬件必须有两个独立的系统来完成，即差动和闭锁来实现；在对二次保护回路进行设计时，必须以单点故障风险为目的，避免由于单点故障造成多台设备跳闸的情况，各变压器应该使用独立的配置，避免共同使用，以有效防止单点事故的发生；在TV二次电压回路中，性点漂移等情况对导致电压出现异常，进而导致过激磁保护跳闸情况，为了避免此类事故的发生，在对500kV主变过激磁保护进行计算时，应该扣除零序电压，作为相电压幅值，TV出现断线情况后选择相电压幅值的最小值。

3 继电保护装置中采样回路故障

在对保护硬件系统实施设计时，首先要保证产品的规格和要素，再对产品的要求进行分析，比如设备工艺限制、EMC、防护与安规、可用性和可靠性要求、储存环境、运行环境等，依据需求对可靠性指标进行预计、分配和论证，对于元器件的筛选必须严格，确保使用可靠元件，对于失效的元件必须及时发现和丢弃，要严格保障产品质量问题和可靠度。通过相关系统来认证和检验元件的质量，使用电子可靠应用技术对于市场上的失效元件进行测试和验证，然后进行再生产，以提高产品的可靠性。采用冗余技术，针对某些单板或器件的可靠性无法满足基本要求的情况。比如在对继电保护的硬件进行设计时，必须分开配置启动元件和测量元件，遵循分开配置的原则。

4 公用回路事故造成保护设备事故

为防止此一系列错误动作的出现，可以采取以下措施：（1）软件措施1，CPU板的相关元件和管理板的启动元件同时发生动作时，才能真正發生跳闸。（2）硬件措施，启动与跳闸相结合的出口方式，由CPU板来判断跳闸，接着管理板完成启动逻辑，两者的完成功能动作是相互独立的（3）软件措施2，在计算保护的启动时，把瞬时值和幅值的计算结果结合起来，只有多点瞬时值启动和幅值启动条件同时满足时，故障处理的运算才能进行。通过多种的软件措施与硬件措施相结合的方式可以有效地完善防误措施，在多次现场的实践中，这些措施都得到了成功运用，有效地阻止了误动的产生。

三、对于二次回路造成的保护拒动进行风险评估

对于引起保护拒动的风险评估，此保护拒动主要是由保护装置和二次回路点单出现问题造成的。这样的保护装置比较单一，只能处理本体出现的单点故障，装置自行检查之后就可以发出警告信号，但是，很多故障的隐藏性非常好，只有通过年检才会发现，比如出口继电器与二次电缆方面的问题，根据平时的工作经验可以看出，在实际运行中有些保护装置的开入环节比较容易出现单点损坏的问题，进而造成保护拒动的发生，因此解决措施从以下几个方面来进行阐述。

1 刀闸母差保护电源和开入电源损坏评估的分析

过去，对于母差保护只配备一个电源，联接装置和开入回路电源，母差开入回路中，现场开入机构和刀闸机构，这样一来运行的工作环境是非常不好的，因此造成直流失地、短路等情况的不断发生，进而导致电源数据的丢失与损坏，那么在此环境下，母线一旦出现问题，保护拒动就会随之发生。其相应的处理措施为独立配置开入电源和母差保护装置，同时要求在开入电源丢失后，母线保护必须能够记忆原状态，以确保母差保护动作可靠，避免误动。在某变电站的一次事故中，短电流进入母差保护装置，是借助于刀闸开入开关进入的，导致母差开入开关电源的损坏，但是在装置内，独立电源和开入装置具有记忆的功能。一定程度上确保了母差保护装置的动作正确，有效防止故障的不断扩大。

2 变压器电量保护电源损坏评估分析

变压器在非电量保护装置下运行，开入回路的环境是极其恶劣的，与母差保护装置的功能相似，本体上安装的继电器容易进入雨水，对直流电源的影响非常严重，开入回路和装置公共使用一个电源时，此情况下也会发生拒动事故，而且事故范围非常广，因此需要保护装置进行独立配置，分别配置开入电源和非电量继电保护装置，使变压器的非电量保护的有可靠性得到充分展现。

结语

综上所述，文中分析和探讨了二次回路元件损坏导致的事故案例，采用独立配置的策略来解决问题，分别配置测量元件和启动元件；对于异常情况下多个设备的跳闸事故，采取TV措施来解决；针对于拒动和误动的情况，采用分别独立配置开入电源、变压器非电量装置电源、母差保护装置电源的方法来解决。在软件设计时，加入闭锁条件来解决一些情况特殊的故障，这种方式是解决此类问题最常用的。总而言之，要不断提高元器件质量，在出厂时要加强验收工作，必须严格进行检验，设计继电保护装置的回路、软件、硬件时，必须引入冗余原则，对其加强应用，在设计一次设备装置时，要以降低单元件的破坏率为目标，进而有效避免事故的发生。

参考文献

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