水电站继电保护隐患与改进措施研究

朱健伟

摘 要：在水电事业发展的过程中，继电器保护变得尤其重要，成为人们关注的焦点。继电保护在水电站运行中发挥着十分重要的作用，不仅可以提升水电站的安全性与稳定性，还能保护水电站装置的正常运行。因此，水电站工作人员要详细分析水电站继电保护的隐患，制定相应的改进措施，并从多角度防范继电保护系统的安全风险，提升水电站运行的安全性。

关键词：水电站;继电保护;隐患;改进措施;防范

中图分类号：TV738;TM77文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）32-0065-04

Abstract： In the process of hydropower development， relay protection has become particularly important and has become the focus of attention. Relay protection plays a very important role in the operation of hydropower stations， which can not only improve the safety and stability of hydropower stations， but also protect the normal operation of hydropower plants. Therefore， the staff of the hydropower station must analyze the hidden dangers of the relay protection of the hydropower station in detail， formulate corresponding improvement measures， and prevent the safety risks of the relay protection system from multiple angles， and improve the safety of the hydropower station operation.

Keywords： hydropower station;relay protection;hidden danger;improvement measures;prevention

社会经济的快速发展使得人们的生活水平得到很大的提升，我国电力资源需求与日俱增，供电环节面临极大的压力。水力发电是我国重要的发电形式，良好的继电保护是水电站建设与维护过程中必不可少的条件。如何提升继电保护的安全性与稳定性是当下水电站建设与维护工作应该关注的重点课题。

1 继电保护的概念

对于电力系统来说，不管是哪个设备或者是哪条线路出现问题，都会对其正常运行造成不良影响。因此，要尽可能缩短输电线路，降低设备故障的频率，有效保证电力系统正常运行。继电保护是对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施[1-2]。继电保护常涉及两项任务。第一，如果电器设备无法正常运行，要根据设备运行和事故发生的实际情况进行判断，当继电保护裝置能够及时发出报警信号时，值班人员可以自主进行调整，降低事故发生率;第二，当水电站在运行中出现短路故障时，继电器能进行自动处理，能够通过断路器跳闸、切断电力系统等措施，使电力系统在较短时间内恢复正常，避免故障线路引发严重后果。

2 继电保护的基本要求与保护体系结构

2.1 继电保护的基本要求

继电保护装置有十分重要的作用，是保障水电站电力系统安全运行的基本前提[3-4]。因此，继电保护装置必须满足以下要求。一是速动性，是指继电保护装置能够快速排除故障，切除故障的时间必须符合继电保护动作时间和断路器固有跳闸时间的要求，为后续故障处理节约更多时间，最大限度减少继电保护装置的人为延长时间。二是敏感性，水电站在正常运行时需要继电保护装置，其需要具备较高的灵敏性，要快速找到故障位置并做出科学判断。三是选择性，继电保护装置出现故障时，要有选择性地清除故障元件。四是可靠性，是指继电保护装置在不使用时不会发生误动作，一般来说，保护装置越简单，其可靠性越高。

2.2 水电站继电保护体系结构

继电保护装置是水电站最重要的二次设备，属于数字保护装置，其主要采用分层分布式结构。水电站继电保护系统复杂，与断路器和保护设备有关，而且涉及的二次系统也是一个完整的子系统，能够与内部结构互相连接，也与电气一次设备和其他二次设备相关。因此，为了提升水电站的安全性与稳定性，人们有必要了解继电保护的系统结构，如图1所示。水电站继电保护体系结构主要包括直流电源、交流电源、被保护设备、继电保护屏、CT、PT、断路器、监控系统、远方系统和励磁控制系统等。在水电站运行的过程中，继电保护装置主要以保护屏的形式存在，这类似于高效的机电保护做法，主要利用继电保护测试仪单独测试每一个屏的功能。

3 继电保护的常见安全隐患

3.1 二次回路的安全隐患

继电保护装置的二次回路十分复杂，涉及面较广，有较多的中间环节，其存在的隐患容易被人们忽视，只有当设备出现故障或受到外界强烈干扰时，才会影响系统安全。最常见的二次回路安全隐患可以分成三大类。

3.1.1 接线缺陷。基础设施建设阶段和后期维护阶段，如果二次回路存在接线缺陷，会导致继电器出现误动。其主要表现如下：电压互感器和电流互感器会出现二次绕组颠倒现象;开关方面，开触点与常闭触点互相混合;内部的端子线存在虚实问题，如螺栓未压紧;电压和电流互感器出现的多点接地现象较为突出。

3.1.2 绝缘性能降低。一般来说，二次线路涉及的接线面十分繁杂，内部环境也十分复杂，容易导致二次回路绝缘性下降。其主要原因如下：接线盒材质和端子材质做工不是特别精细;内部的导线长期受潮，容易出现发热现象;金属连接器容易受到污垢等因素影响，发生受潮。

3.1.3 干扰。在一些情况下，电力系统比较容易受到各种干扰，且不同干扰对机电保护二次回路的影响也不同。一般干扰信号主要来自二次回路和一次系统。

3.2 装置缺陷

随着社会的不断发展，继电保护装置越发被人们重视，相较于传统继电保护装置和电磁装置，微机保护装置具有更高的可靠性，但是其存在的硬件缺点也不可忽视，最常见的缺陷为：当内部模块发生接触时，状态不够稳定，长期带电模块会出现电压闪烁不定的情况;主板和模块的接触会发生误差;运行时，二次负载偏高可能引起严重发热等情况，导致程序崩溃;当内部程序出现错误时，设备会被锁定。

4 潜在安全隐患排查和处理方法

4.1 内部二次回路隐患排查和处理

4.1.1 认真检查图纸，提升二次回路的安全性和可靠性。首先，对设计单位图纸进行初步审查，重点关注CT和PT回路，了解设计单位的设计意图。根据相关国家标准要求审核原理图及接线方式是否符合要求，比如，CT、PT二次回路是否存在唯一接地点，接线端子是否存在一个端子接若干根电缆的问题，其极性是否符合相关保护原则。其次，熟悉设备出厂图，检查输入、输出等节点内部接线是否与设计单位图纸是否一致。例如，当选择接入开关时，要保证逻辑所需的位置触点正确。施工人员在进场前要核实施工图纸的正确性，检查内部线路的接线情况是否符合规范、是否存在虚接情况和接地点是否无误。验收时，可以通过各种手段对连接状况进行判断。比如，对新装备进行安装验收时，可以通过检查变压器极限的方式，检查保护装置电流和电压的正确性;检查开关量回路时，可以通过模拟开关、故障跳闸、检查信号等方式，对接线的正确性进行判断。

4.1.2 二次回路的绝缘检查。在实际检测中，高压进入继电保护装置会对电子元件造成破坏，导致二次回路故障。绝缘性降低是二次回路中最不可忽视的环节，因此技术人员要把二次回路绝缘检测当作继电器检验保护的重点环节，积极开展绝缘试验。一般来说，水电站外部环境的湿度较高，二次回路接线容易受到绝缘性下降的影响。因此，在进行定期校准时，要重视二次回路绝缘测试项目，检测之前必须按规定连接需要短路的电路，并拆开与装置内部电路相连的端子，以免在试验过程中因电压过高而损坏电子元件。

4.1.3 二次回路的抗干扰措施。二次回路内部存在干扰，目前，厂家在设计微机保护装置时注重内部接线质量，选用优质元器件，尽量减少干扰。一旦干扰信号出现，微机保护装置采用自动检测技术和闭锁装置等预防措施，充分降低干扰可能产生的不利影响。因此，在对保护装置进行定期检查时，现场技术人员应充分利用保护装置的自检功能，及时查看自检报警情况。对于保护装置的外部干扰性来说，要根据设备路径和干扰源进行处理。外部干扰源主要包括模拟量、电路开关量输入电路和电源电路等。在对电源回路进行抗干扰测试时，可以通过加装电源、滤波器等方式消除磁场对电源的电磁干扰，也可以利用机箱的屏蔽作用对设备中的电源线干扰进行削弱。但是，要注意屏蔽机箱中容易与滤波器接地的相关元件，并把接地点选择在离机箱機柜最短的距离范围内。其中，最有效的消除方式就是采用可靠的静电屏蔽方式对输入电路进行干扰，严格落实电位接地网的反事故措施，可以利用保护铜线柜、室外接线盒等方式把铜线并排连接起来，将电压模拟量和电流模拟量引发的强电流干扰信号从高压开关场引至地面。

4.2 防止继电保护装置故障

一是微机保护装置的运行环境要符合说明书的要求。恶劣的环境对微机保护装置的安全运行有很大的影响。例如，高温高湿环境会加速电子元件的氧化，导致保护装置故障或误操作。因此，技术人员应注意微机保护装置的运行环境，防止粉尘、温湿度等环境问题引起装置故障。二是定期检查时注意微机保护装置的内部插件。如果发现电路板出现发黑或发黄的现象，就说明电器元件松动且发生变形，因此要及时进行更换，有效防止操作失败。三是定期检查保护装置的光纤通道、采样值等延时和误码信息，并与同类型的设备和上次检查数据进行对比分析，当出现偏差过大时，要及时核实原因。四是储备足够的备件。水电站一般处于偏远位置，硬件或软件设备出现问题时，要及时对其进行更换，保证在最短时间内恢复系统正常运行。

5 继电保护系统安全风险的其他防范措施

5.1 逐步建立并且完善水电站安全风险管理机制

目前，我国水电站继电保护工作仍然存在较多的不足，如管理落空、制度过于形式化、高层基层人员都没有意识到继电保护的重要性等，仍然存在较严重的懈怠现象，不管是对前期的安装建设工作还是后期的维护工作，都存在不到位的现象。因此，完善与建立继电保护安全管理机制就显得尤为重要，水电站内部的所有部门都要加强对继电保护的安全管理机制建设，要逐渐地完善继电保护机制。这样的制度是可以包含很多方面的，从元件的采购，到设备的安装调试，再到后期维护，都需要进行严格管理，其中包括对施工人员的选拔等。这样才能切实地保护继电保护的安全性与稳定性，保障水电站安全稳定运行。

5.2 降低水电站运行风险，完善风险识别体系

水电站要彻底地分析继电保护系统存在的问题，降低系统运行风险。继电保护装置会出现误动和拒动，人们要从技术与管理两方面排除潜在的安全隐患。技术层面，要优化继电保护装置，通过增加变压器的纵差进行保护，消除二次接线装置的差异。管理层面，要改进继电保护装置运行模式，根据继电保护的实际情况进行风险评估，重点核实内部常见的继电保护安全问题，做出正确决策，有效防范风险。运行风险控制流程如图2所示。

5.3 提升技术人员的专业素质

人员因素是导致继电保护系统出现安全问题的主要因素。继电保护装置的各个环节都需要技术人员的参与，如前期采购、安装调试和后期质量监督等，因此技术人员的责任意识和专业素质都与继电保护装置的运行效率有直接关系。当前，要加强对继电保护人员的教育培训力度，根据水电站实际运行情况和常见安全风险，合理开展培训，不断提升技术人员的专业水平。只有把完善人才培训机制当作日常管理的重要内容，才能逐渐提升技术人员的综合能力，才能够最大限度地降低继电保护系统的運行安全风险。

5.4 提升软硬件系统的质量

随着社会的不断发展，计算机系统已经广泛应用于各行各业，其不仅能够提升工作人员的工作效率与质量，还能够促进管理的现代化，为接下来的发展提供科学指导。目前，继电保护装置很多都需要依靠计算机系统实现基础保护功能。因此，要借助计算机系统对其存在的软硬件质量问题进行判断，提升继电保护系统的运行安全性。从计算机硬件角度来看，要提升硬件设备的耐久性，使各种设备元件在运行过程中不会受到尖峰电压的冲击;从软件系统来看，要不断完善软件功能，最大限度保证继电保护装置能够满足基础工作要求，有效避免继电保护装置出现误动和拒动情况。

6 结论

随着微机保护装置在电网、水电站的大量运用，我国继电保护装置在可靠性、安全性以及灵敏性等方面都有了较大的突破，但是受多种因素影响，其容易出现拒动、误动等情况。因此，人们必须重视继电保护装置存在的安全隐患，严格按照国家标准设计和施工，及时发现问题并消除隐患。随着电力系统对保护硬件的要求不断提高，继电保护装置硬件需要提高极限能力，避免出现误动作。当前，继电保护技术人员要积极学习二次回路、微机保护等方面的知识，提升自身的专业素质，为水电站及电网安全运行打下坚实的基础。

参考文献：

[1]马雷.电气控制系统中继电保护器的整定探讨[J].中国高新技术企业，2016，（5）：131-132.

[2]王伟，何晓章.一起220 kV主变继电保护误动原因分析[J].变压器，2015（6）：14.

[3]张莉，杨启军，王灿.浅谈继电保护在运行过程中的误动及解决措施[J].重庆电力高等专科学校学报，2011（1）：78-81.

[4]王冲.水电站继电保护安全问题和改进措施[J].中国科技投资，2016（7）：94-96.