大型电力系统开入量回路的安全性分析

大型电力系统开入量回路的安全性分析

开入量电路是微型计算机保护的重要组成部分。

在开入量回路设计中，微机保护大量使用了光耦回路。光耦的使用，解决了抗干扰、读取

速度等问题，但是在工程的实际应用中，从光耦器件选择、光耦回路设计、外部接点的引

入到光耦电源使用等各个环节上，都有一些值得注意之处。

1光催化机械的应用

光耦问路动作电压偏低，动作功率偏小，已造成多次保护异常或误动。如，2004年1月，

某220kV变电站值班员在投入远跳压板前，测量压板两端对地电位时，线路对侧保护发

三跳令。检查发现：电压表内阻远小于光耦输入阻抗，且该光耦动作电压偏低，仅为80V

（直流电压为220V）,电压表内阻和光隔构成的串联电路两端有约110V电压，几乎全被

光隔分压，启动了远跳

经实测，上述光耦电路的导通电压约为47V,而用万序表欧姆档测成电位时，K

光耦回路动作电压的选择：类似于接口中间继电器动作电压的选择，既要保证电压波动的

允许范围内可靠动作，又必须考虑尽量防止直流接地等异常时光耦不误动。因此，也应该

控制在直流电压的55Q7C%。

同时，为了提高安全性，对于断路器失灵启动母差、保护远跳等可能直接跳闸的重要回路,

应该采用双开入接口，“与”后出口。在上文提到的2Q05年4月失灵误动事故中，虽然

失灵开入在保护装置上设计为双开入，但在外部回路上这2个开入并联，从每个断路器失

灵保护屏只接入r一根电缆，这种做法没有完全起到“与”的意义，需要在工程中予以特

别注意。

然而将光耦动作电压提高：并采用双开入接口还是不能完全解决问题。

2006年6月，某500kV变电站2条母线的2套微机母线保护中的失灵直跳功能误出口，

500kV的2条母线停电。虽然该光耦开入量的动作电压满足反措要求，实测为直流电压

的60与飞5%也采用了双光耦“与”逻辑，但回路的反向截止作用（如图2所示）导致光

耦开入的正端对地电位不是-110V,而在-20V~0之间，在直流正极一点接地时，约220

V电压加在光耦两端，在长电缆电容效应下（该站采用多继电保护小室设计，失灵出口通

过长电缆接入母差中的直跳功能），光耦导通时间达到了开入量的确认延时10ms,失灵

误动。

为提高安全性，该保护已经采取了很多技术措施，2个失灵功能开入量采用了不同的|可路

设计:一路开入量经220V光耦直接接入装置，另一路开入量经220V/24V两级光耦转换

后接入装置，2个开入量经逻辑“与”后，再延时10ms（抗干扰，防抖动）出口跳闸。

若光耦开入量正端对地电压为T10V（正常情况），则发生直流正端接地的瞬间，在光耦

两端产生的电压差只能达到U0V（额定直流电压的50%）,不会造成光耦开入量的导通，

且随着电压差的指数衰减，光耦开入量更不会动作。光耦回路的设计缺陷是导致保护误动

的根本原因。

这样的设计缺陷是可以避免的，但解决了这个问题也未必能保证光耦回路的安全，如果发

生直流负极接地后，I可路中的某接点闭合，随即形成直流正极接地，则仍是220V的直流

电压加在光耦两端，电位钳制只能解决单纯的接地问题，而不能解决接地转换问题。

因此，需要从各个方面入手解决保护的开入问路问题。

2问题解决

微机保护的光耦开入回路，在内外部各个环节上均应采取一定的安全可靠措施。

2.1采样不一致的原因

如某保护运行中多次出现光耦开入异常情况，异常现象均为某一光耦开入信号出现反复变

位，且CPU与M0N1对该开入的采样不一致。经认真分析查找，其原因为光耦HPC962B与

74LS245的电平配合不够严密，常温下无异常，在温度变化时性能下降，导致两者的电平

失配，光耦开入异常。

除上文提到的对光耦回路采取的措施外，还可考虑将两组开入接点分别接在开入光耦的两

端，提高其抗干扰性能，使光耦正常与直流系统正、负极隔离，正常情况下光耦两端不带

任何电位

2.2用中间继电器来使开关误跳

对直接跳闸的开入回路，重动继电器要选择动作功率大、动作时间长的中间继电器

对新设计的保护装置.，可考虑直接在装置内部采用继电器接收开入量。

同时需要指出的是，这种对中间继电器的要求，也同样适用于操作箱中的跳闸继电器，如

果存在误动的可能，操作箱中的跳闸继电器也应改进。毕竟，因交流混入直流系统导致的

全厂停电事故己不止一起：有些就是直接作用在操作箱跳闸继电器上使开关误跳的。在目

前的技术条件下，随着大量交直流混合供电或互为备用供电的电子设备的增多，虽然从管

理上可要求注意交流与直流的隔离，但难免一时疏忽。

2.3电源设置的限制

开入使用的强电电源几乎均直接采用变电站直流电源，而站用直流的任何动作，如直流接

地、直流电压异变、交流混入直流等，均影响到该直流母线供电的各保护装置。对每套保

护分别设置直流系统显然是不现实的，采用逆变电源可能是比较可行的方案之一，增加开

入专用的逆变电源，或在现逆变电源上增加强电输出。当然，该方案也许还存在一些未曾

预料的问题，例如逆变电源运行的稳定性、可靠性问题等，从多年来微机保护的应用实践

看，电源插件的故障率明显高于其它元器件、插件，因此，再增加强电输出也许会进一步

增加其故障几率。但隔离站用直流这种思路值得去分析研究。

2.4对长电缆跳同回路的有关反措

近年来，继电保护小室的设计方案非常盛行，确实也节省了一些电缆，但是，由此带来的

一些问题，如电磁干扰、回路接地、长电缆跳闸、保护检验等，却没有得到重视和解决。

按照传统的做法，只是变压器的瓦斯保护经长电缆跳闸，因此还比较重视该回路的有关反

措。在采用继电保护小室布置时，长电缆跳闸回路变得非常多，如母差出口、失灵出口等,

重视程度明显不够。

因此，一方面，要尽量减少长电缆回路，尽量少采用继电保护小室的布置方案，当然，有

些厂站确实只能如此布置和设计，如发电厂网控室与机组的电子设备间。另一方面，对长

电缆跳闸回路，要对电缆的排列布置及屏蔽接地等抗干扰措施予以特别重视，并应该进一

步研究采用光缆传输跳闸信号的具体方案。现在，已经有相关的产品问世，如国电南自推

出的XA700智能终端设备：可实时采集开关设备的状态信息，同时可用硬接线控制开关设

备，具有符合IEC61850标准的过程层总线接口，可就地安装在一次设备附近，适应恶劣

的温度、振动和电磁干扰环境。

2.5控制字控制保护

开入量显然不是越多越好：但现在保护原理设计中，对开入量依赖较多。保护装置应尽可

能利用交流量判断保护的状态，尽量采用控制字控制保护的流程，较多的开入量虽然可以

给运行带来便利，但可能降低「保护的安全性。当然，减少开入量，不应以损害保护的可

靠性为代价。

2.6原则的保护：以基本原则为导向

如前文提到的，对直接跳闸的开入量采用双开入、“与”逻辑，显然可提高安全性，对采

用双重化配置原则的保护而言，可依赖性主要靠2套保护互补完成，而每套保护安全性提

高的意义更显重要。再如，FT前保护中对保护功能的控制，很多是压板与控制字均采用，

而内部逻辑“与”还是“或”，则需要对不同种类的压板开入量进行分析，“或”关系应

用中可以更灵活，但和“与”关系比较，安全性稍差。

2.7响应信号和预警

保护装置应对输入的开关量信号进行智能检测，开入变位时，如投退保护，要有相应的呼

唤信号