变电运行中的继电保护问题与对策分析_冯新悦.pdf

工 程 技 术INDUSTRIAL INNOVATION 产业创新研究129作者简介：冯新悦，男，江苏无锡人，助理工程师；研究方向：变电运行。变电运行中的继电保护问题与对策分析冯新悦（国网江苏省电力有限公司江阴市供电分公司，江苏无锡 214400）摘要：随着社会的快速发展，各行各业对电能资源的需求不断加大，这对变电系统运行质量提出了更高要求。基于此，为给电力系统的安全运行提供充分保障，本文从继电保护入手，围绕继电保护问题展开分析，具体包括选用高质量器件、做好维护运行、控制环境质量等，以期为相关工作人员提供参考。关键词：变电运行；继电保护；电力系统一、引言继电保护装置响应迅速，变电运行系统一旦发生安全隐患或是运行故障，继电保护系统能够在第一时间展开分析与维修，快速排除故障。但是在该装置系统运行过程中，难免出现故障问题，比如自身故障、电网结构存在缺陷等，极易影响继电保护效果的发挥。为充分发挥继电保护装置系统的保护效用，本文围绕其常见问题展开分析，讨论必要的应对方案。二、继电保护相关概述所谓继电保护，是指通过分析电力系统运行状况与故障问题，提出相应的反事故自动化解决方案。在继电保护装置与系统实际作用发挥期间，将自动化检测电力系统中的故障与异常，若存在将直接发出报警信号，同时隔离、切除故障部分，从而为电力设备与系统的安全质量提供保障。从本质上来看，继电保护装置及其系统具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能，而这一功能的实现需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。继电保护的基本要求主要体现在四方面，分别为选择性、速动性、灵敏性与可靠性，对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低1。三、基于变电运行分析继电保护问题（一）内部问题1.继电保护装置材质问题。在变电运行过程中，继电保护装置功能作用的发挥容易受到材料质量的影响，在装置及系统组成水平相对较低的情况下，继电器运行温度过高，将对内部零部件造成影响。随着装置设备运行时间的积累，继电保护装置内部结构出现损伤，进而影响其保护效果，无法为变电运行稳定状态提供有效保障。2.装置异常故障。主变压器作为变电系统的重要组成部分，单凭继电保护装置无法为其提供全面、全过程的安全保护，除此之外，在变电站运行过程中，常出现合并单元故障、智能终端故障、交换机故障等，为继电保护装置及系统带来巨大压力。（二）外部环境问题随着变电站的自动化、智能化发展，当前变电运行主要通过现代化设备实现输配电的自动保护，继电保护装置作为实施自动投切、断电保护的主体，直接影响着变电运行的安全稳定性。但是随着社会电力能源需求量的增加，变电运行压力逐渐增大，这对继电保护装置提出更高质量要求。然而从装置实际运行现状来看，继电保护装置存在安全运行问题。基于外部环境的继电保护装置安全运行问题具体体现在以下三方面：1.运行及环境问题。（1）绝缘问题。由于变电站继电保护装置运行压力较大，因而在环境等因素的影响下容易出现绝缘问题，尤其在空气工 程 技 术产业创新研究 2023.7 第14 期130环境湿度大的情况下，继电保护装置内部的元器件短路概率升高。此外，若是继电保护装置所在区域的积尘较为严重时，或是存在油污，在继电保护装置及系统运行过程中，杂质可能因为热的吸附作用进入设备，从而导致继电保护装置出现闪络问题，进而影响接点敏感度，使其下降，若是情况较为严重，不仅无法充分发挥保护作用，还会引发安全事故。除此之外，信号干扰也会对继电保护装置及系统的可靠性带来影响，信号干扰是继电保护装置及系统出现问题的主要原因之一，尤其是在人员工作区域，对讲机产生的电磁信号能够直接导致继电保护装置发出错误指令，造成设备误动2。（2）回路故障。近几年，我国变电运行中二次回路故障愈发常见，人民日报报道显示，在 2015 至 2019 年，我国智能变电站二次回路故障率处于上升状态。经分析，最为主要的故障原因是中性点接地方式出现问题，进而导致电压失衡、电压不稳定等情况的发生。（3）触点故障。在变电运行过程中，继电保护装置容易受到电压负荷、系统匹配等因素的影响，进而导致继电保护装置出现触点故障，轻则继电保护装置过热，重则引发安全事故。具体而言，当电压负荷处于较高区间时，继电保护装置运行时很容易超过安全负荷，在该情况下，触点可能因过热融化，进而带来问题故障。而系统匹配影响因素主要指的是继电保护装置安全阈值与输配电负荷之间的不匹配，尤其是参数指标等，导致继电器装置及系统运行过程中，其触点与实际需求存在差异，若是触点负荷跌至安全标准以下，将带来大面积的设备故障，不利于输变电系统的安全运行。2.电网结构存在缺陷。除上述问题以外，变电运行中继电保护问题还体现在电网结构上。具体而言，电网系统构建过程中缺乏后续系统扩展的考量，随着当前社会对电力资源需求的加大，用电量增加，在不合理的电网结构下，其所存在的缺陷导致用电需求与供电量之间出现差异。一旦遇到用电高峰，为保证变电运行安全、稳定，继电保护装置难免负载过重，不仅不利于供电质量，同时也不利于继电保护装置的平稳运行，最终威胁到电力系统运行的安全可靠性3。四、围绕变电运行分析继电保护问题解决对策（一）选择高质量器件，做好运行维护工作1.采用高质量数字控制器件。为避免因继电保护装置结构材质不足引发的故障问题，应积极选用高质量的数字控制器件，依托于其更高的性能器件，降低故障问题发生概率的同时强化变电运行中继电保护效果，从而为输变电系统的安全、稳定运行提供保障。相关技术工作人员可使用可编程逻辑器件（CPLD）以及现场可编程逻辑门阵列（FPGA）对继电保护装置进行优化，通过借助当下现代先进的技术手段，将不同微机系统功能集中到同一块芯片之上，由此在实现功能的同时进行高度集成。作为当前现代可编程专用集成电路的产物，是目前继电保护中最为常见的两种器件，通过将高质量数字控制器件应用于继电保护装置中，能够对装置设备的电子设计情况予以改善，延长其使用年限，保障继电保护安全运行。2.优化主变压器继电保护，做好异常运行维护工作。在对主变压器继电保护方式进行优化时，应结合时代发展特色，根据电压等级与容量的差异性，合理设置低压侧与高压侧的继电保护装置参数，进而为主变压器与变电系统提供安全的运行环境。除此之外，还应充分发挥智能终端、合并单元双系统的功能作用，利用其对应性与差动保护，结合运用GOOSE 网络控制终端，使得继电保护装置保护功能作用的发挥不受网络影响，而且，在双系统的保护措施，即便控制信号中断也可以对继电保护进行终端控制，满足变电系统安全平稳运行需求。针对上述提到的合并单元故障、智能终端故障与交换机故障而言，在问题解决时可采取以下措施：（1）合并单元故障处理。合并单元（MU），是用于为智能电子设备提供一系列带有时间标记的电流电压采样值的设备4。以 220KV1 套母线合并单元故障停运为例，线路保护为双套配置，若是 1 套母线合并单元发生故障时，线路 1 套合并单元无法接收正常母线电压，此时 1 套所有用电压的保护将无法正常工作。一般情况下，将整套 1 套保护退出运行，若是调度同意，则退出所有出口跳闸压板，避免保护误动作的发生；若是不同意退出全部保护，则要退出 1 套保护屏处或是后台机处将 1 套保护距离、零序等电压型保护，纯过流、光差保护仍可运行。（2）智能终端故障处理。智能终端是变电站中保护测控装置和一次设备对接的重要装置。以某 20kV 智能变电站220kV 侧 2202 开关 B 套智能终端告警为例，结合现场检查发现对时异常告警灯及 GOOSE 异常告警灯亮。针对这一问题，排查处理对时异常告警，判断对时光纤接线是否牢固，排除接口问题，然后对光纤对时源的光功率进行测试，发现光功率过低，因此直接在同步时钟装置测试对时光源出口，功率过低，通过更换备用输出口，问题解决。（3）交换机故障处理。当变电运行中的继电保护出现交换机故障时，相关技术工作人员应结合使用 GOOSE 网络和监控网络图合理预测故障影响，判断故障的具体类型。若是发现过程层中 GOOSE 网络间歇交换机出现异常，则可以确定交换机连接保护装置失效，此时相关技术工作人员须得判断是端口损坏还是模块故障。若是个别端口损坏，则要通过更换连接端口的方式确定问题端口，然后对其更换，需要注意的是，小心插拔接头，不要带电操作。若是模块故障，首先确保交换机及模块的电源正常供应，然后检查各个模块是否插在正确的位置上，最后判断连接线缆是否正常，然后根据具体故障进行更换。工 程 技 术INDUSTRIAL INNOVATION 产业创新研究131（二）合理运用多种隐患消除方法，做好环境控制工作为有效解决变电运行的继电保护问题，应按照现行的继电保护安全标准与运行原则开展工作，落实多项隐患消除技术方法，并对继电保护装置环境进行控制，以此实现变电运行中继电保护问题的有效解决。1.基于隐患消除合理运用参照法、替换法与拆除法（1）参照法。在使用参照法解决变电运行中的继电保护问题时，其核心原理是对比分析指标与具体数据，根据对比分析结果确定变电运行中继电保护装置的故障风险、运行状态与处理方案，以此实现故障问题的及时、有效处理。在参照法实际使用过程中，可结合运用智能监测系统，利用其信息数据采集等功能，获得继电保护装置及系统的线路数据与设备数据，对照现行的安全指标分析实时数据是否出现异常。在对继电保护装置状态进行分析时，相关技术工作人员需要综合考虑技术标准、历史数据与实时数据，从而精准判断继电保护状态，分析其故障可能性，评估故障危险性与影响范围。开展上述分析评估工作后，相关技术工作人员应依照历史数据与互联网数据评估应急处理方案，确保最终落实的方案切实有效，从某种程度来看，上述流程的落实能够为变电运行中继电保护问题的分析与解决提供完整的数据参照体系，且使其不断更新。需要注意的是，在对变电运行中继电保护装置的标准技术参数进行调整时，需从实际出发，切实结合变电运行规模与需求，从而确保指标落实的有效性和可靠性5。（2）替换法。在变电运行中，替换法从继电保护装置的性能以及电力系统运行需求出发，及时更换存在问题或是性能指标在标准水平线以下的继电保护装置。以传统互感器为例，由于该设备结构较为简单，因而相关技术工作人员解决相关问题时，一般选择检查中性点接地方式，然而这一举措难以全面判断现有问题，比如电压失衡、电压不稳定等，不利于继电保护问题的彻底解决。但是通过使用替换法，按照现行安全运行要求为前提对中性点接地进行合理设置，结合运用放电计数器控制间隙情况与中性点情况，能够有效提高继电保护故障检测精确性，从而为变电运行提供安全、稳定的保障与保护。（3）拆除法。在变电运行继电保护问题处理过程中，拆除法的运用较为常见，主要是面向变电运行线路与相关设备开展全面、全过程情况检查，判断当前变电运行系统与继电保护系统中是否存在不配套、不再使用的设备，然后以区域输配电计划与安全输配电要求为基础合理、逐步拆除，以此保证继电保护装置及系统能够满足当前变电运行的安全、稳定要求。需要注意的是，在开展具体的拆除工作时，相关技术工作人员应对具体情况进行调研与分析，严格按照设备安装顺序与环网节点情况展开工作，确保拆除工作不会影响到附近区域的输配电质量。而且，在完成拆除与更换工作后，相关技术工作人员要做好复原情况的检查，落实规范的测试工作，分析其实际运行情况，确保拆除处理并更换后的设备满足变电运行中继电保护装置系统的安全运行需求。2.控制继电保护装置运行环境。由于变电运行处于持续运作状态，这要求继电保护装置与系统也需要长期运行，为避免继电保护装置在积尘、空气湿度等环境影响因素作用下出现异常与故障。与此同时，相关技术工作人员还应做好继电保护装置运行环境的控制工作，积极为设备运作提供良好环境。具体而言，相关技术工作人员应定期对设备所在空间的环境进行打扫，即及时清理积尘、杂物、油污等，确保继电保护装置运行环境的干净整洁性。除此之外，根据季节变化尽可能控制空气湿度。根据上述分析可知，过高的空气湿度将引发继电保护装置出现短路等故障，因此，相关技术工作人员可以利用现有的空调系统调节环境湿度，结合使用空气湿度智能传感器，实时采集空气湿度相关数据，若是检测到的空气湿度超过预先设置的标准阈值，则立即发出预警，以此实现对运行环境的控制，解决变电运行中继电保护装置绝缘、短路等问题，提高其保护运行的安全稳定性。3.优化电网结构，采用数字化控制技术手段。为促进变电运行中继电保护装置及系统作用的充分发挥，应对电网结构予以优化，不断引入先进的智能化系统架构，增强其迭代更新、负载扩展等功能，从而避免电网结构缺陷作用于继电保护方面。在对电网结构进行优化时，可积极引入先进的数字化控制技术手段，为从根本上改变当前作业现状，相关技术工作人员可运用先进数字化控制技术手段合理优化系统，提高继电保护装置及系统运行可靠性的同时确保供电质量符合要求。比如，结合运用 PLC、BIM 等技术和分布式、云架构等形态优化电网结构，以此优化电网结构设计，提高电网结构质量，消除变电运行安全隐患。参考文献：1 叶远波，刘宏君，黄太贵，等.变电站继电保护设备状态检修可靠性分析方法研究 J.电力系统保护与控制，2021，49（10）：170-177.2 姜存进.变电站继电保护的作用及常见故障处理策略探析 J.电子制作，2021（10）：80-81+73.3 俞炜平，李振海，范定志，等.强电干扰下输电线路继电保护内部故障检测系统设计 J.电子设计工程，2021，29（21）：103-107.4 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院.智能变电站二次系统运维技术 M.北京：中国电力出版社，2017.5 黄旭亮.基于 IEC61850 智能变电站二次系统运行维护技术研究 D.华北电力大学，2015.