电力系统继电保护误动作的原因与预防措施
摘要
关键词
继电保护;误动作;成因分析;防范对策
正文
继电保护系统的运转维护了整个电力系统的运行安全性与可靠性,在继电保护系统运转的过程中,人们往往更加强调其基础的装置性能,只有其确保运行的可靠性,才能及时规避电力系统运转过程中的风险问题。而这种所谓的可靠性主要是指,继电保护系统在该动作时接收指令进行保护动作,在非该动作时的情况下,也不能进行误动作。如果继电保护系统在运转过程中出现了误动作,就是在未接收指令的情况下进行了动作,此时,对于电力系统整体运转带来的危害是不可小觑的。因此,在继电保护系统的日常运转和检修过程中,必须关注机电保护系统误动作的成因,通过深入地探索找到经验,防范继电保护系统在运作过程中出现误动作的现象,确保继电保护动作的正确性和准确性,为电力系统的正常运转保驾护航。
一、继电保护系统误动作的主要成因
(一)由于二次回路绝缘不足引发的误动作
当二次回路绝缘出现降低或通过量不足的情况,极有可能会引发继电保护系统出现误动作的现象。其中,绝缘能力降低和通过量不足通常都是由于线路在长时间应用出现了老化问题,此时,外部包裹的绝缘层由于长时间的影响可能已经被穿透或破裂,无法达到绝缘效果。也有可能是由于电缆在施工阶段本身不达标而导致的[1]。
从实际案例来分析,某变电所在运转过程中的主变压器差动保护系统,在运转的过程中出现了误动作的问题。发生事故之后,检修人员在事故现场经过仔细的研究探查发现,主变压器的差动保护系统从保护一侧端的C相电流互感器直至电源开关端口的纸箱二次电缆这一部分,因为这部分的密封不严谨,导致在长期的应用条件下,雨水天气有积水渗入其中,从而导致该路段的对地绝缘能力降低直接为零。在这种情况下,线路出现了短接的问题,而差动继电器中此时也产生了额外的差流,这股差流就导致继电保护系统的保护装置在运转过程中错误地判断,从而引发了误动作。这种情况属于极为典型的二次回路绝缘不足引发的误动作,而从根源上判断,在施工阶段这部分的密封就不够严谨,因此,该线路段是由于电缆施工不达标而导致的二次绝缘回路不足,从而引发了短接带来的误动作。
(二)整定方案与规范要求不符引发的误动作
在机电保护系统运作的过程中需要有一套完备的整定方案,所谓整定方案主要是指,根据该线路系统中需要被保护的电力设备特征以及实际需求,量身定做的一套继电保护方法。这套保护机制与方法和被保护设备之间是具有一定的逻辑关系的,同时,还需要按照流程完成时序关系方面的配合,才能确保整个保护装置能够精准地操作。在这套整定方案中,需要考虑的因素种类众多。其中主要考虑的因素包括整定值具体数额的计算、设备时间顺序之间的相互配合、保护装置对于问题感知的灵敏程度这三大要素。但是,在很多继电保护系统的实际整定工作中,如果单纯地仅考虑不同的方案类型,直接套用理论计算的整定值,那么在实际继电保护的过程中,极有可能会由于与被保护设备的需求不符而出现误动作的现象[2]。
举一个实际案例,在某条10kV的架空配电线路运转的过程中,不同阶段都装有电流保护系统。当整段线路在某一次出现停电事故之后,检修人员到达现场进行了合闸送电检测,此时,该线路的速断保护第一段开始动作,在动作之后出现了跳闸自动重合失败的问题。随后,检修人员只得手动重新合闸,但在手动合闸之后又出现了连续跳闸的问题。检修人员迅速考虑到可能是由于线路故障所引发的,但在检修一圈之后并未发现线路故障问题。于是在排除非线路故障之后,再次进行了手动合闸,此次核查获得了成功。该段线路中,这样的跳闸问题曾经多次出现,但是通过检修人员的经验发现,并不是每一次在检修工作中手动核查才会引发线路一段一保护误动作。再重新仔细检测之后,分析导致继电保护系统误动作的原因极有可能是由于变压器的励磁涌流所引发的。该段线路沿线总共安装了15台变压器设备,总容量能够达到2000kVA,当变压器在手动合闸之后投入重新应用,此时,整个设备变压器的励磁设备就会产生一股涌流,该涌流的数值已经超过了整条线路的额定电流,甚至超过了六倍,当这15台变压器设备的涌流迭加之后,引发的涌流数值是无可想象的。同时,励磁设备涌流中的谐波极不规律,此时,内磁设备涌流的数值已经完全超过了整定方案中所规定的数值,随后就引发了继电保护系统的误动作。
(三)电流互感器导致的误动作
由于电流互感器引发的误动作也是继电保护系统误动作最常见的成因。第一,电流互感器的铁芯在饱和之后就会引发继电保护系统的误动作。比如,当互感器的一次回路出现了短路等其他故障问题时,此时,通过互感器的短路电流极有可能会导致铁芯出现饱和状况,这也让一次电流与二次电流之间的误差不断地增加,此时,继电保护系统将会误认为出现了故障问题,从而引发误动作。第二,电流互感器设备的二次回路接线混乱或错误,也可能会导致继电保护系统出现误动作的现象。比如在一段电力线路中,电流互感器的极性出现了反接的问题,在这种情况下,二次回路的中性线以及差动电流的回路,由于反接的情况就会出现电流瞬时不平衡的问题,从而引发继电保护器的误动作。第三,电流互感器的二次回路断线故障问题,也会导致继电保护系统出现误动作的情况。这里所指的电流互感器二次回路的断线问题引发的安全隐患是极大的,不仅会导致继电保护系统出现误动作,还会对整个电网的设备和周边的安检人员带来伤害[3]。
(四)由于外部干扰所引发的继电保护系统误动作
考虑到在一整条的电力线路中,每隔一段就有可能会安装重要的电力设备,那么此时,装有继电保护设施的变、配电所就会成为聚集大量被保护设备以及二次设备的所在地,该聚集地在设备同时运转的过程中,将会产生高强度的电磁能量,这种能量也会对继电保护系统的指令接收产生一定的干扰。比如,当电力系统在运转的过程中出现了局部电流电压振荡、过电压的问题以及短路和断路等故障现象时,都有可能会导致瞬时的干扰加大。再比如,即使是在正常的运转条件下,变电所内集结的一次设备和二次设备众多,当断路器以及隔离开关出现倒闸操作的情况,也有可能会产生强大的电磁干扰。除此之外,如果二次回路中的电力线缆之间通过的瞬时电磁波能源爆发,也会出现电磁耦合的问题,由此引发的电磁干扰也会导致继电保护系统出现误动作的现象。
二、继电保护误动作问题的防范对策
(一)针对二次回路绝缘不足误动作的防范对策
通过上文描述可知,二次回路绝缘不足不仅仅是线路本身的问题,除线路本身由于老化现象导致的绝缘层破裂引发的二次回路绝缘不足以外,还有可能是由于在线路的安装阶段,就出现了施工不达标的问题。针对这样的情况,需要继电保护系统在二次回路的施工安装过程中,严格地考察施工人员的专业素养,并控制现场的施工质量。尤其是针对绝缘部分进行施工时,必须遵照施工现场的施工标准以及相应的施工顺序进行。比如,在剥脱电缆时应当格外小心,不能由于外力作用损伤到线缆的核心以及线缆外部包裹的绝缘层,尤其是对于已经露头的电缆终端,还应当额外采用绝缘层进行包扎或通过加热缩套的方式进行保护。而针对一些地下电缆来说,则应当在地下电缆的外层覆盖一层保护管,管口之间的衔接必须紧密,避免长期在地下埋设由于土壤侵蚀引发的绝缘层破裂问题。除此之外,针对一些长期应用已经老化的线路、绝缘层受到影响出现破裂或击穿的问题,还必须在每年的大修之前、春秋季定期检测之前将二次回路的绝缘状况检查作为一项重要的检测工作,通过加大日常的巡查维护力度,仔细观察二次线路的绝缘外观是否安全,及时排查其中存在的绝缘隐患问题[4]。
(二)针对整定方案不符合设备要求误动作的防范对策
考虑到在不同的线路中,需要被保护的电力设备具有独特的性质,因此,每一套整定方案都应当符合被保护设备的个性和需求。这也意味着,整定方案并没有标准的规范要求,并不是一种既定的模式,而是要结合电力线路运作以及设备的需求实际情况,对可参考的现有整定方案进行持续的优化和升级,这样才能够确保整定方案中继电保护系统达到最佳最有效的保护效果。比如,针对上文所示的案例中存在的问题可知,在架空配电线路中出现的第一段保护误动作问题并不是由于手动合闸而引发的,而是由于线路中15台变压器的励磁涌流超高引发的误动作。在这种情况下,整定方案中就应当针对这种特有的问题,将第一段的保护系统中启动保护操作的额定电流适当地增加,通过这样的方式才能够有效地避免励磁涌流超高所引发的误动作问题。但同时,考虑到启动保护动作电流额定值增大可能会导致出现保护盲点的现象,因此,具体的定值还应当通过线路的实际情况来分析。除此之外,也可以通过增加延时给予励磁涌流一定的衰减时间,当这次涌流已经达到启动保护系统的额定电流之下,就可以迅速地转换为主动保护。
(三)针对电流互感器误动作的防范措施
通过上文描述可知,由于电流互感器引发的继电保护系统误动作主要有三种类型,在此处,根据这三种类型分别讲解针对电流互感器引发的继电保护系统误动作的防范方式。第一,针对电流互感器出现的铁芯饱和引发的继电保护系统误动作问题主要是指检测电流互感器饱和程度较大而出现了不平衡的瞬时电流,针对这样的问题,可以通过将系统的短路电流进行限制、利用智能化的软件实时地分析电流互感器目前的饱和情况并加以数值传递、针对电流互感器的类型进行选择并强化电流互感器的抗饱和能力这三大方式进行解决。第二,电流互感器如果二次回路的接线存在混乱和误接的问题,也有可能会引发继电保护系统的误动作。针对这样的现象,在电流互感器的二次回路接线的过程中,要求接线施工人员提前进行技术交底工作,熟读保护装置的说明书内容,严格地按照正确的接线方式接通线路,避免由于误接而引发的误动作问题。与此同时,在整条线路的设备正式地投入运转之前,还应当提前做好继电保护通流的试验工作,在试验期也能够获得机会排查二次线路接线是否正确。第三,针对电流互感器的二次线路断线问题引发的继电保护误动作,必须严厉禁止断容器的安装。针对二次回路的连接导线问题,还应当做好机械防护,加强保护强度。在日常的巡检工作中,工作人员也应当具备常规性的防范意识,避免由于电流端子的运转出现锈蚀、氧化等现象[5]。
(四)针对外部干扰误动作的防范措施
所谓的外部干扰物动作,主要是指电力系统在运作的过程中出现了短路故障、过电压或局部振荡问题,不仅如此,在常规的运行条件下,如果变电所内的断路器以及隔离开关操作不当,也有可能会引发继电保护系统的误动作。针对这样的误动作问题,首先,需要检修人员加大日常排查的力度。其次,针对其中存在的电磁耦合或电磁干扰等问题,还可以通过采用金属电磁屏蔽的方式避免电磁干扰。也可以通过将电缆分类敷设,加大空间距离的方式减小干扰等方式进行防范。
结语:继电保护系统是确保整个电力系统正常运转重要的构成部分,对于电力系统的运行安全性意义重大。而针对继电保护系统的误动作问题,更应当通过仔细分析形成问题的根因,并在日常的运行维护工作中积累经验,才能做到根源性的消除,有效地提升继电保护系统运作的准确率。
参考文献:
[1]张祥,李慧勇.两起继电保护误整定导致误跳闸事故分析[J].农村电气化,2023,(11):39-40.
[2]张雷.抑制牵引供电系统继电保护装置误动作的方法研究[J].能源与环保,2022,44(10):235-238.
[3]刘依心,赵若琳.多元信息流下的继电保护装置误动作识别系统设计[J].电子设计工程,2022,30(18):151-155+160.
[4]施清山.电力系统继电保护常见故障与对策分析[J].中国设备工程,2020,(21):79-80.
[5]徐鸿飞.略谈继电保护误动作原因分析及预防措施[J].电气技术与经济,2019,(02):55-56.
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