传统变电站继电保护二次回路状态检测与评估分析

张佳辰，高璐

（1.东南大学电气工程学院，江苏南京，210000； 2.国网江苏省电力有限公司检修分公司苏州运维站，江苏苏州，215000）

0 引言

继电保护的二次回路状态检测和评估过程，涉及不同功能回路、不同间隔、不同类型变电站的综合考量。以220kV传统变电站为例，保护装置相关的二次回路主要可以分为交流和直流回路，交流回路，比如：电流回路、电压回路、辅助设备交流供电等；直流回路，比如：跳合闸及相关监视回路、装置供电、信号回路、开入开出回路等。本文对这些回路进行健康度特性分析，并对如何进行监视提出解决方案[1-3]。

1 二次回路检测难点

在传统变电中，二次回路的状态监检测难点在于没有缺少对于回路的监视手段，区别于智能变电站的二次设备及回路,可以通过对虚拟二次回路和光纤回路可视化,结合在线检测系统,可实时对虚拟二次回路进行监视[4]。传统变电站对于二次电缆的监视只能是依靠相关设备的采样间接数据做为依据，来判断该回路是否连接正常。如：对于电流回路，判断其是否有分流，甚至开路，主要是依靠装置的差流告警，对于电流回路开路状态主要是依靠测温等手段。可以看出这种检测手段是结果导向，无法实时对二次回路进行检测。在无法新增检测装置的前提下，对二次回路进行准确判断，可以采用多方数据综合判断，并形成日常评估的分析报告，对于健康程度较低的回路，需要结合停电计划进行整改。

2 传统变电站二次回路状态检测方案

2.1 交流电流二次回路分流及断线检测

在二次回路长期运行过程，形成电流二次回路分流或者开路的原因主要有以下几个[5]:

（1）电流回路中的试验接线端子由于在配置质量和结构上的缺陷，从而导致螺杆与铜板的螺孔接触不良从而形成开路。其次是在电路回路中的线端子压板，由于胶木头过长，从而导致该金属垫片未能够与压板处于全面的固定状态，从而误压在了金属片结构上，从而导致该结构开路，如图1（a）所示；（2）维修和试验人员在日常工作中存在操作处理失误，最终未能将继电器内部的接头进行全面的衔接处理，并且在验收时未能找到问题；（3）二次回路线端子接头结构的压接结构处于不紧密状态，整个回路中的电压过大，从而导致相关设施处于烧毁状态，自然也会导致系统开路；（4）端子接触的接片和螺栓腐蚀严重，也会导致开路。

发生CT分流或者断线时，首先是回路的仪器表显示为异常降低或者直接为0的状态，对于存在差动原理的保护装置，装置会报“CT断线告警”，甚至误动作。因此，在装置闭锁甚至误动作之前提前告警很有必要。

在传统的变电站中，一般一个保护CT绕组可能会串接其他装置，如稳控、故录等装置，因此我们可能对串接与同一回路的装置的采样值进行比对，如果存在偏差过大则可能存在分流；同时对于CT的不同次级，可能进行比照互印证，如后台测控数据同保护，双重化保护中间数据互印证等；对于CT回路的检测，还有一种手段是测温，发生CT回路断线的时候，电流互感器及其二次回路会存在打火、发热的现象，对于运维人员的巡视测温也是重要的辅助检测手段，图1(b)所示即为CT电流回路开路时的测温图。

图1 二次回路电缆故障图及测温图

2.2 交流电压二次回路开路检测

在发生了交流电压短路时，可能会造成一些使用交流电压原理的保护功能受到影响，比如距离保护、零序方向过流、母差复压闭锁功能等。

对于交流电压回路的故障，对于使用母线PT的变电站，站内主要间隔的电压源头都是来自于母线PT，当母线PT故障时，几乎所有间隔的交流电压都会出现偏差，由于中性点的偏移或二次回路断线，可能会出现PT断线等情况。对于线路PT，本间隔的二次回路故障只会影响本间隔。根据不同地点出现的断线的现象可以初步判断：对于保护屏处的断线，保护装置测得断线相电压会很低，几乎为零，对于设备区的PT端子箱处的断线，保护装置会有（1/2～ 1/3)UN的残压；同时对于中性线N600的断线，可以检查其是否存在3Uo简单判断。可以通过平时对电压的监视来判。

2.3 直流二次回路绝缘检测方案

变电站直流系统是十分重要的电源系统，由蓄电池组、充电设备、直流屏及直流负荷组成，其构成如图2所示。它为变电站的控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠稳定的直流电源，它还为断路器的分、合闸提供操作电源。直流系统的可靠与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是保障变电站安全运行的决定条件之一。尽管直流系统十分稳定可靠,但由于直流系统在二次系统中处于重要的地位，直流系统自身的可靠及安全直接影响到整个系统的安全,同时由于电力系统应用直流电源的特殊性，特别是控制回路和保护回路的应用,使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患，其中之一就是我们常说的直流系统接地故障[6,7]。

图2 直流系统接地检测原理简图

直流系统为带极性电源，即电源正极和电源负极，系统经平衡桥电阻接地，正负极对地电压分别为直流系统电压的50%。当正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一整定值时，正负极的电压会发生对地偏移。这时我们成直流系统有正极接地或负极接地故障。直流系统接地故障可能损坏供电电源设备或直接导致保护控制设备误、拒动，而直接接地故障的查找与处理也很困难，严重影响了电力系统的安全稳定运行。

实际现场工作中使用的比较多的是正弦波接地电流的工作原理，主要用于接地选线和接地定位。如图3所示，通过耦合电容接入直流系统，与接地点构成回路，产生正弦接地电流。当所钳回路有正弦电流即可判断此回路存在接地点。

图3 直流系统接地检测原理简图

3 二次回路状态评估方案及要点

以上反应传统变电站的二次交直流回路健康度的参数如下：保护装置的告警开出C1,同一CT次级的测量量的差值C2,二次回路温度测量与环境温度差的绝对值C3,正常运行下，相电压及零负序电压的值C4,直流回路的对地阻值C5。

健康度得分的基础分为100分。对于C1，只要后台出现相关告警则需要进行消缺处理，此时得分分值0；对于C2，考虑AD采样的差异及零漂，规定对于0.1IN以内的差值得分为100，对于1IN的差值得分为0分，0.1IN与1IN之间的得分与差值为线性关系；对于C3，对于10°C内的温度得分为100，当超过此范围，考虑正常工作温升，按1°C得-5分计算；对于C4，相电压正常是三相正序57.74V，零负序电压为0V，三相相电压在0.05UN范围、零负序电压在1以内得分为100，对于相电压在33.3V、零负序电压在8V时得分为60分，其间的得分与电压值为线性关系；对于C5，阻值在20MΩ以上，不予扣分，得分为100，阻值为10MΩ时，得分为60分，阻值为1MΩ时，得分为0分，其间的得分与电压值为线性关系。得到二次回路评价表如表1所示。

表1 二次回路评价表

根据表格得出的评价结果，运维人员可以快速得到回路状态的健康度和需要进行的操作，如装置告警开出，没有告警时C1为100，系统正常运行，当出现告警时，C1为0分，需要立即进行消缺处理。

4 总结

本文列举了一些继电保护二次回路系统的运行过程，主要二次回路可能存在的一些缺陷，并引入了一种综合各方面数据的健康度评估方法，对各回路的健康度进行打分，实现对设施运行状态信息等参数的全面检测，能够给运维人员提供重点巡视的依据，也将有利于消缺计划的安排，保障继电保护二次设备健康稳定运行。