微机保护二次回路特点及常见故障分析与对策研究

周 宇

（中海油装备技术公司机电技术服务中心）

0 引言

相较与传统的继电保护二次回路，如今的二次回路的组成更趋于模块化和数字化。模块化方便了日常的维护和检修，一方面使二次回路元器件的故障率降低，另一方面降低了检修的技术门槛且加快了检修的效率。数字化使二次回路的数据及状态量都会在后台系统清楚直观的显示，方便运行人员实时监控，发现问题直接反馈，从而快速有效的处理故障。基于现今二次回路的发展形式，我们应该加大对继电保护技术的研究力度，更加完善现有二次回路的漏洞和缺陷，使二次回路的自动化水平进一步提高，并制定更加完备的运行管理系统，加强交接及年度预试试验的检验力度，以此来不断提升电力系统的运行质量和稳定性。

1 二次回路的特点

（1）集成度高。与传统的老式二次回路相比，采用微机保护及综合自动化系统（以下简称综自系统）的二次回路借助了全新的现代化技术方法。微机保护内部将保护元器件有序装配，一般包括CPU和电源板件、模拟量输入板件、输入输出I／O板件、通讯板件等。其具有高可靠性、高灵敏度和高选择性的特点。板件式设计相比传统分装电磁式继电器保护大大缩小了安装空间，减少了接线安装的时间和成本，使二次回路原理图纸更加清晰明了。

（2）可靠性高。采用微机保护的二次回路大多数元器件都封装在保护装置内部，降低了元器件的故障率。且微机保护采用编程逻辑控制实现各类保护功能，通过对模拟量的监测转化为数字量送至CPU进行处理，进行实时比对，如果出现故障会经逻辑动作执行报警或使断路器跳闸。相比电磁式继电器保护，其精确度和逻辑判据更加的准确和完备，保护性能显著提升，有效防止了误动和拒动。

（3）方便后期改造升级及扩充。在实际生产中，有诸多盘柜升级改造的需要。如出线柜改造为变压器柜使用，或者增加保护功能等情况。在采用微机保护的二次回路中，只需更换装置的板件或对板件的固件进行升级，并对保护的逻辑进行重新编程设置参数，就可以达到增加保护功能的要求，满足现场实际供电需求。

（4）易于维护调试。采用微机保护和综自系统配合的二次回路，会将二次回路的状态进行实时监测，诸如二次回路电源失电、保护装置异常、跳闸回路监视等信号，都会上传至综自系统，起到对二次回路元器件的监视作用。一旦发生二次故障，综自系统就会收到报警并实施具体动作条目，提醒值班员故障具体位置，方便检修人员快速找到故障点，大大提高了检修的效率。

（5）方便与综合自动化系统对接。采用微机保护的二次回路，微机保护都配有多种通讯接口。如RJ45网口及485通讯接口，采用MODBUS、61850、103、104等泛用的标准通讯规约，便于将二次回路的遥测、遥信、遥控参数传输给综自系统，并用于远动等通讯传输，发送给上级调度系统，便于实时监测二次回路状况，发生故障可以第一时间响应，并做出合理部署。

2 微机继电保护二次回路故障分析

2.1 保护定值设置问题

保护定值参数的设置直接关系着保护能否正确动作。在实际工作中主要出现在以下几方面：

（1）定值组选择错误。通常微机保护装置内会设置2组以上保护定值，方便用户在不同工况或运行方式下进行切换，以匹配当前运行状况。如设置定值时没有正确选择定值组，保护就会拒动。

（2）CT变比设置错误。保护参数设置选项，对于电流互感器一般会有二次电流5A或1A选项，如果按实际选择，会导致保护参数的设置错误，使保护误动或拒动。

（3）容量设置错误。此问题仅涉及变压器和发电机差动保护，因为大部分保护装置的差动保护的二次基准电流都是由用户设置容量后通过保护逻辑直接算出的。变压器为高压侧和低压侧基准电流，发电机为线路测和机端侧基准电流。如果仅设置差动定值，没有设置容量，会使差动拒动。ISA-381GD保护装置容量设置菜单见下表。

表 ISA-381GD保护装置容量设置菜单

（4）保护压板投退有误。压板的投投退作为保护的一项重要判据，决定着保护能否动作。装置中的软压板及硬压板必须同时投入才能满足保护逻辑要求。实际工作中，在检修过后或改造后压板没有及时恢复的情况时有发生，导致保护拒动。ISA-381GD复式比率差动保护逻辑如下图所示。

图 ISA-381GD复式比率差动保护逻辑图

2.2 线路老化及虚接

这是较为常见的二次回路问题，由此引发的故障一般为虚接、断路或者接地故障。虚接和断路往往由于二次线路连接处如接线端子老化松动等原因产生，而接地故障是由于二次电缆老化绝缘降低或因其他施工导致电缆被割破等情况。一些盘柜由于后期改造和应急检修，造成线路跨接不规范、没有标注线号及线号手写后长时间老化模糊不清、无法辨认等情况，导致后期检修时无从下手或者接错线；并且有改造后未更改图纸的情况，使现场接线与图纸不符，给日常使用和检修带来诸多麻烦，不利于二次回路的稳定运行。另外，如互感器二次侧的开路和短路问题也一直是二次回路的重要隐患。比较常见的是电流互感器二次侧的开路现象，电流互感器二次侧开路后，会产生极高的电压，易造成人员触电，并造成高电压对设备（如弱电板卡）烧坏。

2.3 极性错误

此种问题专指电流互感器极性不正确而引发的保护拒动和误动故障，一般发生在配备带方向判据的电流保护及差动保护。CT的加、减极性指的是同名端的接线方式。以差动保护为例，保护装置要求CT二次接线方式应与保护内部CT接线参数设置相匹配（0°或180°），以通过保护内部逻辑计算差动电流及制动电流。实际调试当中，易发生CT极性接反的情况，在低负荷或轻载状态下，差动电流一般达不到动作值，而在高负荷或重载状态下，差动电流就足够达到动作值使断路器跳闸。其他如方向过流保护或逆功率等保护如CT极性接反，在双电源等不同运行方式下，则会造成误动的情况，所以保证CT极性的准确对电力系统运行稳定性非常重要。

3 电力系统继电保护二次回路故障的解决对策

3.1 核对保护装置参数及盘柜状态

这里指的是在盘柜或设备进行升级改造或停产检修后，根据设计提供的升级改造后的图纸及保护定值，两人一组进行保护装置定值和盘柜状态的核对。特别注意施工后的哪些参数发生了变化，并结合保护上下级的配合关系进行核对，防止保护的越级动作；着重检查保护压板投退情况，检查盘柜指示灯和仪表的状态，检查断路器二次航空插头是否正确插入，检查断路器手车是否推入到位。在实际工作中发现，很多盘柜断路器无法合闸的原因都是断路器手车没有推到位，使断路器手车既不处于工作位置，也不处于试验位置，导致二次合闸回路无法接通断路器无法合闸。此外，还应检查光差保护的光纤通道是否正常，防止因光纤通道中断而引起的光差保护退出，导致断路器故障不能正确跳闸。

3.2 对动作出口及信号回路的检查

在二次回路中，保护动作出口及信号回路担任着非常重要的作用。保护动作出口直接关系着保护能否正常输出，使得断路器、接触器等一次元件正确分合；而信号回路关系着报警及与其他回路、其他专业（如仪表）的联锁。所以，在日常维护和检修工作中，应理清保护动作逻辑，在年度预防性试验工作中要对相关保护出口及回路进行可靠校验，将本年度的动作参数与历年报告中运行参数相比较，以得到一定规律。对老化及不能可靠动作的保护装置或其他元器件及时进行更换，以此提升二次回路动作的可靠性，为系统的运行提供保障。

3.3 对二次回路的接线进行紧固及清扫

二次回路的紧固工作非常重要，关系着保护能否正常动作。如TA，TV的断线是一些相关保护的重要判据，是其保护动作逻辑中的一项，TA，TV的断线会直接闭锁某些保护的动作，使得如短路故障时保护不动作，且不能正确报警，显示与综合自动化系统及光子牌。二次回路的清扫工作同样是重中之重。年度预防性试验后，必须紧固二次回路端子，特别是电流端子，并对二次回路进行清扫，防止因灰尘累积以及盘柜内异物造成的二次回路短路等故障。还应时时测量二次回路的接地电阻，达到相应标准，并对照图纸检查相关二次接地是否完好，防止因接地不良导致的触电伤害及设备损坏问题。

3.4 结合综自系统进行事故分析

前文提到二次回路的运行状态如二次回路电源失电、保护装置故障等信号都会引入综自系统，并在故障时显示在后台管理员界面中。各项保护的动作信号也都会第一时间传输至后台弹窗、变位及响铃等方式告警。同时也会对故障信号如电压、电流等信号进行录波，方便用户进行事故分析，如对跳闸时的三相电压、电流的波形进行比较，并结合保护动作信息，可以快速判断出故障点，并展开检修工作。经常观察、比对历史数据及参数报表也可以发现设备存在的潜在隐患并及时处理。

3.5 加强对直流系统及UPS系统的维护

二次回路的供电多采用直流系统供电，海上设施二次回路采用UPS系统供电。直流系统发生单点接地故障会导致保护拒动，而直流系统多点接地通常会导致保护误动。所以，运行人员应加强对直流屏的监视，如报警信息，电压是否正常，做好数据记录。并随时观察直流屏整流模块状态的正常情况，还要关注直流屏蓄电池的状态，发现问题及时上报处理。

4 结束语

通过对以上几点问题的论述，基本涵盖了二次回路常见故障的分析及应对方法。随着近年来我国用电需求不断增大，持续、稳定的供电对于我国各个行业的生产发展就显得尤为重要。而二次回路作为供电连续和稳固的基石，就需要给予更高的重视。加大对继电保护二次回路的投入与提升，不断改善和优化保护逻辑与二次回路配套设备及元器件是我们的努力方向。只有这样才能保障我国电力系统长期稳定、健康运行，为国家的生产建设保驾护航。