开关拒动引发继电保护动作行为的研究

赵晓东，李 锋，付雷雷

（国网宿州供电公司，安徽宿州 234000）

0 引言

在电力系统运行过程中，如果出现设备故障，将对电网安全与电力系统的运行有直接影响。继电保护装置会接收保护信号正常启动，确保切除故障，阻止其继续蔓延。如果操作回路出现故障，导致开关拒动则会触发越级跳闸现象，导致电网系统崩溃，从而引发大面积的电网停电事故。现阶段，开关技术日趋成熟，通断的可靠性大幅提升，但是仍然会出现开关拒动以及误动作的问题，给电力系统造成严重影响。因此，围绕开关拒动引发继电保护动作行为进行深入研究，探讨开关拒动的原因以及解决措施，从而提升电网系统运行的安全性。

1 继电保护的原理及架构设计

运行过程中如果电力系统发生故障，将导致设备无法正常运行，严重时会造成电网崩溃、导致大面积停电事故。为了有效降低故障设备对整个电网的影响，需要借助继电保护装置及时切断故障线路，减小故障和不正常工作设备所造成的影响。由此可见，继电保护是电力系统安全、稳定运行的重要保障。

继电保护装置主要是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成（图1）：测量部分主要作用是采集被保护单元的运行参数，并与保护的设定值进行对比分析，判断被保护单元是否存在故障：如果运行参数超过设定值边界，测量部分会向逻辑部分发送信号；逻辑部分接收来自测量部分的信号，按照预先设计的逻辑关系判断是否触发保护动作，并向执行部分发送控制信号；执行部分接收来自逻辑部分的信号，按照信号指令进行断路器跳闸以及开关动作。

继电保护装置的主要功能是检测电力系统中电气量和设定值边界比较，如果越过设定值边界，就会触发动作，其作用等同于一个自动化开关。当电力系统某个单元出现故障时，继电保护装置会迅速触发，及时将故障单元从电力系统中切除，确保无故障部分迅速恢复正常运行。当电力系统被保护源之间出现异常时，同样会触发继电保护装置，根据运行维护条件发出控制信号，减负荷或者跳闸。在此过程中，继电保护装置不会迅速动作，而是根据电力系统源之间损害程度进行一定的延时，避免造成不必要的动作或者引起误动作。

为了有效切除电力系统的故障，要求继电保护具有一定的选择性、灵敏性和可靠性。电力系统发生故障时，继电保护应该有选择性地切除故障，确保非故障部分的正常运行，最大限度缩小故障的影响。继电保护的选择性，可以通过正确整定上下级保护动作时限和电气动作值的大小进行有效配合。同时继电保护动作触发的时间必须足够快速，以减少故障对电力系统的影响时间。在实际应用过程中，为了防止干扰信号对继电保护造成误动作，继电保护装置无需设置动作时限。继电保护的灵敏性和可靠性是指在保护范围内对故障处理的反应能力，对继电保护装置进行定期校验和维护，确保其正常工作。

2 引发开关拒动的主要原因

开关是促使电路开路、确保电流中断的电子元件，也是电力系统重要的设备之一，其能否正常启动将直接影响到电力系统运行的稳定性和安全性。导致开关出现拒动的因素包括机械故障、继电保护装置故障、开关储能回路不畅通、大电流故障、电缆虚接等，下面对开关拒动的主要原因进行分析。

2.1 机械故障

机械故障是导致开关拒动的主要原因，如开关操作机构中的线圈弹簧脱落或者缺乏弹性、开关启动机构出现卡塞等。由于控制开关启动的线圈弹簧长时间操作，存在机械损伤没有足够动力，导致开关机构无法正常工作，当遇到电网故障时出现开关拒动现象。开关启动机构卡塞引发的开关拒动主要发生在半轴转动的位置，当开关接收到分闸信号时，转动半轴位置出现卡塞现象，扇形板无法接触到半轴约束，导致开关拒动。

2.2 继电保护装置故障

继电保护装置故障属于控制开关的软件故障，如控制开关启动的软件程序存在问题、中央处理器出现紊乱、未及时有效地控制开关正常启动、没有对开关进行良好的维护与管理、开关元器件芯片损坏、接触不良或者耦合电容击穿等，将导致开关拒动。电压或者电流不稳定以及继电保护装置不具备抗干扰能力，也是开关拒动的原因之一。

2.3 开关储能回路故障

开关储能回路不畅通主要是由于电网线路存在严重老化现象，影响开关正常启动。在电力系统中，某个单元出现短路时需要依靠熔断器切断短路电流，并且启动断路器分闸。但是线路老化会导致线路的电阻不断升高，此时电流经过老化线路会产生较强的热效应，不仅会加速线路老化，同时也会损耗电能，导致储能回路中没有足够的电流储备，进而影响继电器正常启动的电压，造成高压短路无法正常分闸、越级跳闸现象，最终导致整个电网故障。

2.4 大电流故障

大电流故障也会导致开关拒动。在控制开关启动的机构中存在线圈，当大电流通过时，控制器正常情况下会向分闸器发送分闸指令出发开关启动，但是大电流往往伴随着较大的感应电势，开关控制机构的线圈会对高电势进行感知，通过对开关控制机构上施加高电势，影响控制机构内的晶体管无法正常工作，阻碍分闸电流的接收，导致开关拒动，对其他电力设备造成不同程度的损坏。

2.5 电缆虚接

电缆虚接，中性点和地面出现接触不良，负载不对称造成电缆线路电阻过大，产生电弧以及电磁干扰，电缆线路接触面积较小，电流无法正常通过，也会引起局部放电导致电缆线路表面绝缘损坏，严重时还会引发短路或者火灾。电缆接地线路严重老化或锈蚀造成断线，导致电压不稳定，影响电力设备的正常工作。

3 开关拒动的优化策略

3.1 做好日常巡检维护工作

日常巡检维护工作是降低开关机械故障的有效方式。定期对开关进行维修检查，针对对于一些开关启动反应迟缓、可靠性不高的开关及时进行更换，尤其是检查线圈弹簧和开关机构等易损耗部件需要进行重点检查，确保其保持正常的工作状态。为了防止因为继电保护装置发生故障导致开关拒动需要继电保护生产厂商设计出更为合理的控制程序，及时对软件系统进行更新，提升继电保护装置的抗干扰性能，使其能够快速、有效的工作。通过提升继电保护装置的测量部分中采集系统运行参数的精度，可以确保采集数据不会发生失真现象，确保信号输出的可靠性，有效避免开关发生误动作。提升开关机构中插件的绝缘强度，预防插件出现松动或者脱落现象，防止开关机构出现故障，降低开关拒动的概率。

3.2 防止开关储能回路故障

确保高压短路分闸，需要定期对开关柜进行接地性检查，保持良好的工作状态。在一次回路和二次回路之间使用隔离装置，提高电力系统的绝缘能力，对跳闸线圈进行检测，检查线圈是否存在被烧毁现象，对于已经被烧毁的跳闸线圈，及时更新硬件设备，这样就能够有效防范开关拒动现象。

3.3 操作规范化

加强对电力系统工作人员的业务培训和专业技能考核工作，降低人为操作造成的影响，通过规范化的操作，不断提升工作人的专业技术水平。对于出现开关拒动的情况可以有效应对，采取及时有效的应急预案。注重对于电力系统设备的检查和维护工作，尤其是针对开关柜的检查试验，确保其正常工作。

4 结束语

随着我国电力工业的快速发展，电力系统的装机容量不断提升，电网电压及其复杂性日益提升，对电力系统运行的安全性和可靠性要求越来越高。通过继电保护装置，可以及时、有效地切断故障线路确保其他电力设备的正常运行，缩小故障的影响范围，提升电力系统的安全性和稳定性。在电力系统运行过程中，由于电气设备老化损坏、操作维护不当以及遭到外力破坏时，会造成电力系统短路，并引发更为严重的停电故障。本文总结了开关拒动的常见原因，介绍了一些有效的解决措施和应急方案。从业人员同样还需要对开关检修和维护工作进行深入学习，提升自身的专业技能，掌握必备的工作方法和经验，降低人为操作造成的工作失误。