大型電力系統(tǒng)開入量回路的安全性分析

大型電力系統(tǒng)開入量回路的安全性分析

開入量電路是微型計算機保護(hù)的重要組成部分。

在開入量回路設(shè)計中，微機保護(hù)大量使用了光耦回路。光耦的使用，解決了抗干擾、讀取

速度等問題，但是在工程的實際應(yīng)用中，從光耦器件選擇、光耦回路設(shè)計、外部接點的引

入到光耦電源使用等各個環(huán)節(jié)上，都有一些值得注意之處。

1光催化機械的應(yīng)用

光耦問路動作電壓偏低，動作功率偏小，已造成多次保護(hù)異常或誤動。如，2004年1月，

某220kV變電站值班員在投入遠(yuǎn)跳壓板前，測量壓板兩端對地電位時，線路對側(cè)保護(hù)發(fā)

三跳令。檢查發(fā)現(xiàn)：電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)小于光耦輸入阻抗，且該光耦動作電壓偏低，僅為80V

（直流電壓為220V）,電壓表內(nèi)阻和光隔構(gòu)成的串聯(lián)電路兩端有約110V電壓，幾乎全被

光隔分壓，啟動了遠(yuǎn)跳

經(jīng)實測，上述光耦電路的導(dǎo)通電壓約為47V,而用萬序表歐姆檔測成電位時，K

光耦回路動作電壓的選擇：類似于接口中間繼電器動作電壓的選擇，既要保證電壓波動的

允許范圍內(nèi)可靠動作，又必須考慮盡量防止直流接地等異常時光耦不誤動。因此，也應(yīng)該

控制在直流電壓的55Q7C%。

同時，為了提高安全性，對于斷路器失靈啟動母差、保護(hù)遠(yuǎn)跳等可能直接跳閘的重要回路,

應(yīng)該采用雙開入接口，“與”后出口。在上文提到的2Q05年4月失靈誤動事故中，雖然

失靈開入在保護(hù)裝置上設(shè)計為雙開入，但在外部回路上這2個開入并聯(lián)，從每個斷路器失

靈保護(hù)屏只接入r一根電纜，這種做法沒有完全起到“與”的意義，需要在工程中予以特

別注意。

然而將光耦動作電壓提高：并采用雙開入接口還是不能完全解決問題。

2006年6月，某500kV變電站2條母線的2套微機母線保護(hù)中的失靈直跳功能誤出口，

500kV的2條母線停電。雖然該光耦開入量的動作電壓滿足反措要求，實測為直流電壓

的60與飛5%也采用了雙光耦“與”邏輯，但回路的反向截止作用（如圖2所示）導(dǎo)致光

耦開入的正端對地電位不是-110V,而在-20V~0之間，在直流正極一點接地時，約220

V電壓加在光耦兩端，在長電纜電容效應(yīng)下（該站采用多繼電保護(hù)小室設(shè)計，失靈出口通

過長電纜接入母差中的直跳功能），光耦導(dǎo)通時間達(dá)到了開入量的確認(rèn)延時10ms,失靈

誤動。

為提高安全性，該保護(hù)已經(jīng)采取了很多技術(shù)措施，2個失靈功能開入量采用了不同的|可路

設(shè)計:一路開入量經(jīng)220V光耦直接接入裝置，另一路開入量經(jīng)220V/24V兩級光耦轉(zhuǎn)換

后接入裝置，2個開入量經(jīng)邏輯“與”后，再延時10ms（抗干擾，防抖動）出口跳閘。

若光耦開入量正端對地電壓為T10V（正常情況），則發(fā)生直流正端接地的瞬間，在光耦

兩端產(chǎn)生的電壓差只能達(dá)到U0V（額定直流電壓的50%）,不會造成光耦開入量的導(dǎo)通，

且隨著電壓差的指數(shù)衰減，光耦開入量更不會動作。光耦回路的設(shè)計缺陷是導(dǎo)致保護(hù)誤動

的根本原因。

這樣的設(shè)計缺陷是可以避免的，但解決了這個問題也未必能保證光耦回路的安全，如果發(fā)

生直流負(fù)極接地后，I可路中的某接點閉合，隨即形成直流正極接地，則仍是220V的直流

電壓加在光耦兩端，電位鉗制只能解決單純的接地問題，而不能解決接地轉(zhuǎn)換問題。

因此，需要從各個方面入手解決保護(hù)的開入問路問題。

2問題解決

微機保護(hù)的光耦開入回路，在內(nèi)外部各個環(huán)節(jié)上均應(yīng)采取一定的安全可靠措施。

2.1采樣不一致的原因

如某保護(hù)運行中多次出現(xiàn)光耦開入異常情況，異常現(xiàn)象均為某一光耦開入信號出現(xiàn)反復(fù)變

位，且CPU與M0N1對該開入的采樣不一致。經(jīng)認(rèn)真分析查找，其原因為光耦HPC962B與

74LS245的電平配合不夠嚴(yán)密，常溫下無異常，在溫度變化時性能下降，導(dǎo)致兩者的電平

失配，光耦開入異常。

除上文提到的對光耦回路采取的措施外，還可考慮將兩組開入接點分別接在開入光耦的兩

端，提高其抗干擾性能，使光耦正常與直流系統(tǒng)正、負(fù)極隔離，正常情況下光耦兩端不帶

任何電位

2.2用中間繼電器來使開關(guān)誤跳

對直接跳閘的開入回路，重動繼電器要選擇動作功率大、動作時間長的中間繼電器

對新設(shè)計的保護(hù)裝置.，可考慮直接在裝置內(nèi)部采用繼電器接收開入量。

同時需要指出的是，這種對中間繼電器的要求，也同樣適用于操作箱中的跳閘繼電器，如

果存在誤動的可能，操作箱中的跳閘繼電器也應(yīng)改進(jìn)。畢竟，因交流混入直流系統(tǒng)導(dǎo)致的

全廠停電事故己不止一起：有些就是直接作用在操作箱跳閘繼電器上使開關(guān)誤跳的。在目

前的技術(shù)條件下，隨著大量交直流混合供電或互為備用供電的電子設(shè)備的增多，雖然從管

理上可要求注意交流與直流的隔離，但難免一時疏忽。

2.3電源設(shè)置的限制

開入使用的強電電源幾乎均直接采用變電站直流電源，而站用直流的任何動作，如直流接

地、直流電壓異變、交流混入直流等，均影響到該直流母線供電的各保護(hù)裝置。對每套保

護(hù)分別設(shè)置直流系統(tǒng)顯然是不現(xiàn)實的，采用逆變電源可能是比較可行的方案之一，增加開

入專用的逆變電源，或在現(xiàn)逆變電源上增加強電輸出。當(dāng)然，該方案也許還存在一些未曾

預(yù)料的問題，例如逆變電源運行的穩(wěn)定性、可靠性問題等，從多年來微機保護(hù)的應(yīng)用實踐

看，電源插件的故障率明顯高于其它元器件、插件，因此，再增加強電輸出也許會進(jìn)一步

增加其故障幾率。但隔離站用直流這種思路值得去分析研究。

2.4對長電纜跳同回路的有關(guān)反措

近年來，繼電保護(hù)小室的設(shè)計方案非常盛行，確實也節(jié)省了一些電纜，但是，由此帶來的

一些問題，如電磁干擾、回路接地、長電纜跳閘、保護(hù)檢驗等，卻沒有得到重視和解決。

按照傳統(tǒng)的做法，只是變壓器的瓦斯保護(hù)經(jīng)長電纜跳閘，因此還比較重視該回路的有關(guān)反

措。在采用繼電保護(hù)小室布置時，長電纜跳閘回路變得非常多，如母差出口、失靈出口等,

重視程度明顯不夠。

因此，一方面，要盡量減少長電纜回路，盡量少采用繼電保護(hù)小室的布置方案，當(dāng)然，有

些廠站確實只能如此布置和設(shè)計，如發(fā)電廠網(wǎng)控室與機組的電子設(shè)備間。另一方面，對長

電纜跳閘回路，要對電纜的排列布置及屏蔽接地等抗干擾措施予以特別重視，并應(yīng)該進(jìn)一

步研究采用光纜傳輸跳閘信號的具體方案。現(xiàn)在，已經(jīng)有相關(guān)的產(chǎn)品問世，如國電南自推

出的XA700智能終端設(shè)備：可實時采集開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息，同時可用硬接線控制開關(guān)設(shè)

備，具有符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的過程層總線接口，可就地安裝在一次設(shè)備附近，適應(yīng)惡劣

的溫度、振動和電磁干擾環(huán)境。

2.5控制字控制保護(hù)

開入量顯然不是越多越好：但現(xiàn)在保護(hù)原理設(shè)計中，對開入量依賴較多。保護(hù)裝置應(yīng)盡可

能利用交流量判斷保護(hù)的狀態(tài)，盡量采用控制字控制保護(hù)的流程，較多的開入量雖然可以

給運行帶來便利，但可能降低「保護(hù)的安全性。當(dāng)然，減少開入量，不應(yīng)以損害保護(hù)的可

靠性為代價。

2.6原則的保護(hù)：以基本原則為導(dǎo)向

如前文提到的，對直接跳閘的開入量采用雙開入、“與”邏輯，顯然可提高安全性，對采

用雙重化配置原則的保護(hù)而言，可依賴性主要靠2套保護(hù)互補完成，而每套保護(hù)安全性提

高的意義更顯重要。再如，F(xiàn)T前保護(hù)中對保護(hù)功能的控制，很多是壓板與控制字均采用，

而內(nèi)部邏輯“與”還是“或”，則需要對不同種類的壓板開入量進(jìn)行分析，“或”關(guān)系應(yīng)

用中可以更靈活，但和“與”關(guān)系比較，安全性稍差。

2.7響應(yīng)信號和預(yù)警

保護(hù)裝置應(yīng)對輸入的開關(guān)量信號進(jìn)行智能檢測，開入變位時，如投退保護(hù)，要有相應(yīng)的呼

喚信號