探讨35kV电网继电保护二次回路故障诊断方法

国网山东省电力公司金乡县供电公司 赵风雷

35kV高压电网在正常运行状态时，电流全部按照电网架设的路径内进行流动，电力系统具有较好的运行稳定性，接入电力系统中的所有电气设备参数均在额定范围内进行运作。然而在35kV电网实际应用情景中，经常会出现一些外部原因导致电力系统中某些电气设备或线路的电流偏离设定路径流动，如线路短接、受潮或其他外部原因导致电网运行进入异常状态。如变压器的高压侧进相短路，那么在电网中就会出现时大电流、高电压的异常工况问题，由于35kV电网的电压非常高，因此在短路问题出现时不仅会严重影响区域内的正常供电，还会因为相线之间的短路弧光造成人员触电烧伤。

所以35kV高压电网在规划设计阶段，就充分考虑到了线路可能因外部因素导致的短路问题，为避免上述情况发生，通常做法是在35kV电网中配置若干组三段式电流保护装置，其中电流脱扣熔断保护作为主要的保护手段，它可在线路出现短路电流过载问题时，将电网电流值整定为可躲过最大短路电流的保护值水平，从而避免高压线路中的电气设备与线路进一步因短路问题产生损耗危害[1]。

第二段保护叫做限时电流速断，以下级电气设备的电子元件电流速断的保护最大动作参数为基准，对线路电流值进行整定，作为35kV电网的后备保护手段，它的保护时限比一段熔断保护要多出t时长，通常情况下整定保护范围为该段线路的15～80%，保护范围随着电网运行工况参数的变化而做出自适应性调整。

第三段保护叫做过载电流保护，以本级电气设备的电子元件最大电流负荷为基准，将线路电流值整定为超限范围以内的水平，过载电流保护通常被视为电网最后一段储备保护动作，因此其保护范围比前两段都要大，保护时限也是三段中最长的部分。

1 继电保护装置的二次回路故障类型

1.1 继电保护装置的二次回路故障性质与影响

这种用于35kV高压电网的继电保护功能，需要多个继电器、次级烧组、用于测量监控的传感器及用于控制和投切动作的自动控制装置组成，所以它本身需借助控制线缆来连通各个电子元件，以及完成各部位电子元件运作的供电需求。这种完全独立于35kV高压电网一次回路的设备电路就叫做二次回路。可简单理解为，35kV高压电网继电保护二次回路就是指用于继电器测量回路、继电保护回路，以及实现继电器断路器投切控制功能的闭锁低压回路。

35kV电网的继电保护装置主要目的是借助自动控制装置有选择性地切除电网中的故障元件与线路，并由继电装置的线路替代原有线路接入电网，维持剩余未故障线路的正常运行，从而实现将35kV电网的故障影响降至最低的继电保护功能[2]。所以电网中一旦出现二次回路故障问题，会直接影响到三段式继电保护装置的动作性能，使整个电网处于非保护状态，如因控制回路故障导致继电保护装置难以完成灵敏投切动作，当后续电网出现短路过载等非正常运行工况时，就会给电网带来严重的安全生产事故。

1.2 继电保护装置的拒动故障问题

拒动故障是指当35kV电网的电气设备处于过载故障状态时，继电保护装置由于二次回路的故障原因导致未能完成脱扣熔断动作，或是电流值整定保护动作。

一是继电保护装置本身的电子元件未出现破损，但线路存在开路虚接，如保护器的连接触点处有异物卡死、断路器的触点接触不良、继电器的烧组触点存在明显氧化或是连通线缆存在破损导致整个继电保护装置没有正常运作。

二是继电保护装置的动作逻辑出现了错误，出现一次回路故障现象的识别问题，三段式继电保护装置完成线路的过载保护动作离不开两个装置的调节控制，用于感应检测的电流互感器，可同步捕捉到一次回路的电流变化情况，并将这种感应信息以脉冲信号的形式发送给控制单元。所以若是电流互感器的整定变电比参数输入上存在错误，当电网故障发生时继电保护装置的电流互感器会始终处于严重饱和状态，所以当一次回路中电流值继续升高时，继电保护装置就难以识别到这种故障电流变化。再或是继电保护装置的自动控制单元，在调试过程中存在错误参数输入导致整定电流值的计算存在错误，这样当一次回路出现短路问题时，继电保护装置也难以将电流值整定为理想状态。

三是外部原因导致的继电保护装置故障问题，如继电保护装置本身的低压直流控制电路存在多点接地，使装置的中间继电器出口线圈存在相间短路，那么也会影响到整个继电保护装置的正常运行。

1.3 继电保护装置的错误动作

这种故障在35kV电网中较多发，是指在电网电子元件运行状况良好的情况下，继电保护装置出现了错误动作导致未故障的元件被切除瘫痪，产生这种故障的问题的原因如下：

一是继电保护装置本身接地故障，继电保护装置的电感线圈存在绝缘失效，导致出口中间继电器在励磁作用下完成脱扣脱扣动作，使对应正常工况的电气设备被从线路中切除。

二是一次回路的故障判别系统出现了错误，主要有如下常见故障现象：首先是自动装置在电流整定值上出现错误，当保护定值设置错误时会直接影响继电保护装置的选择性受到影响，从而产生错误反应动作；其次是在调试过程中存在参数设置不合理的因素，如今35kV电网为了便于电气设备的更新维护，多使用双回路供电，如继电保护装置的电流整定值设置过小，当35kV电网因上级或下级电气设备故障进行停电维护时，由于另一条线路仍在维持运行，此时就须将继电保护装置的整定电流加大，否则就会出现错误跳闸问题。

三是继电保护装置的保护回路在安全措施上设计不合理或安装时存在错误，如继电保护装置的保护极性接线存在错接、反接，就会导致继电保护装置在监测读数上存在错误，因而引起错误跳闸动作。另一方面，若在未将联跳控制接片进行断开的情况下，直接将断路器接入对应电网部位，或是电感线圈处存在误触误碰，也会导致断路器错误跳闸。

最后是继电保护装置的电压互感装置存在二次断线，以熔断跌落式断路器为例，当安装过程中误碰了接线端子就会导致断路器提前熔断，而部分继电保护装置在出厂时也可能会存在断线闭锁部位不牢靠的质量问题，导致断路器在受到外力碰撞时，联跳接片在非控制状态下完成跳闸动作。这种继电保护装置在保护回路上的故障问题往往较易发现，因为多数断路器提前熔断的故障现象都会有电压回路断线的警示信号，且用电压表示数排查故障时也会发现示数失常的开路电压现象。

1.4 继电保护装置自动控制与告警功能失效

首先是自动装置的异常问题，从以往电力维护检修实践案例来看，自动装置的故障问题发生概率最高的就是重合闸拒动故障，产生这种故障的主要原因有：重合闸装置本身因直流控制电路开路失电无法完成正常启动动作，或是断路器的合闸口部位存在氧化或接触不良，导致重合闸的合闸回路无法正常工作；重合闸上级电感与电容元件存在充电回路故障，或是重合闸之间的连接片存在接触不良，导致合闸动作无法正常完成；重合闸由于中间继电器或时间继电器的线圈存在断点，导致无法正常接收到合闸指令。

其次是继电保护装置的中央信号处理装置存在的异常状态，继电保护装置的中央信号处理装置主要是负责断路器位置信号、预告信号以及故障告警信号三类信息的生成，当该部位因仪表接脚烧蚀、氧化或断裂破损时，就会导致对应的信号告警功能失效，预告信号的对应电子元件无动作反应。

2 继电保护二次回路故障的排查方法

2.1 利用微机保护装置进行故障排查

继电保护的二次回路故障很容易在35kV电网变电站更换微机设备后出现故障，应在实际故障检测排查作业中，首先根据继电保护装置的二次电路图纸对微机模拟量进行分析，在35kV变电站中，通常会在高压开关柜上显示出电网内所有接入线路的模拟量，也就是每条支线的电流、电压、通信线及开关输出量，所以当继电保护装置的二次系统出现故障问题时，首先应当用万用表对所有接入线路的电流电压示数进行测量，而后将测量示数与开关柜的可视化示数进行比对。若线路模拟量与万用表的测量示数一致，则说明35kV电网中继电保护装置的模拟端子接线是无故障现象的；若万用表的测量读数与开关柜显示的结果不一，则说明故障点位发生在继电保护装置的端子接线部位存在错接或反接问题。

2.2 电压电位检查进行故障排查

采用电压电位检查法进行继电保护二次回路故障排查时，应当首先明确几个重点施测点，如继电保护装置的电感线圈及中间继电器是经常存在开路故障的薄弱部位，应优先对这些部位展开故障排查，可大幅提高二次回路故障排查的效率。

首先用一个高内阻值的万用表接地，而后将继电保护装置的二次回路进行合理分段，再依次将万用表接入测点两端，观察电压电位的大幅度变化，若在某一回路端测量出大电压现象则说明断路故障存在于该分段接入两点之间。对断路器的电容进行测试时只需考虑到电容是否被击穿、漏电即可，而对电感线圈、中间继电器与时间继电器进行电压电位检查时，只需考虑线圈部位是否存在开路或相间短路即可[3]。此外，使用万用表进行故障排查时还应注意继电保护二次回路的短路保护问题，直流控制回路须经过万用表接地，从而避免在故障排查作业时因表头接脚短路导致二次回路中其他正常元件继续被击穿损坏。

2.3 替换法进行故障排查

若在继电保护二次回路的故障排查中，直流控制回路断路或短路问题可能发生在某个电子元件上时，如怀疑合闸口接片短接、电容击穿漏电或是电感线圈被相间短接或线圈存在断路，就可将故障怀疑点位的电子元件从继电保护装置系统中拆除，而后替换一组同规格的电子元件后通电观察二次回路的运行情况。若仍出现电流示数异常或大电压现象则说明故障部位不在该点位；若替换元件后运行恢复正常，则可直接确定被替换下的电子元件即为二次回路的故障部位。

2.4 导通检查法进行故障排查

对继电保护二次回路进行故障排查时，应首先用万用表检查回路中是否存在电流导通，若整个继电保护二次回路中未检测出电流导通状态，方可继续用万用表与绝缘电阻表分别对下级电子元件进行导通状态检测。在使用导通法检查二次回路故障时，应在检测单一电子元件导通状态时，将其从交、直流控制回路中完全拆除后再进行测试。这样的目的是避免因元件短路故障问题导致继电保护装置的电容器被过度充电，从而使继电保护装置的其他电子元件被击穿破坏。

导通检查法在继电保护二次回路中应用的前提，通常是上述故障排查法未能检测出故障点位，此时应对二次回路进行停电维护检查，将继电保护装置的各级电子元件与电气设备从电网中拆除退出后，再用带有全套保护装置的测试设备对二次回路元件线路分别进行导通，在不影响到35kV电网正常运行的情况下，模拟继电保护二次回路在电网中的运行故障现象，从而根据导通试验的观测结果来判明故障点位。

3 结语

在35kV电网的继电保护的二次回路中易发生故障的电子元件及线路部位非常复杂，其中不乏一些隐蔽部位的故障问题，如电感线圈、时间继电器、中间继电器等元件故障。在实际故障排查诊断上需足够耐心，由主到次的规划故障检查方案，根据各个电子元件的故障损坏概率大小制定排查诊断的优先级。在故障排查作业的同时也需充分注意二次回路接地保护问题，避免错误操作导致继电保护二次回路的其他电子元件受损。