继电保护动作率.docx

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继电保护动作率

继电保护装置动作统计分析存在的问题及改进措施

摘  要:

采用“正确动作率”的统计方法对扬子石化热电厂继电保护装置动作的各种情况进行统计，分析继电保护装置异常动作的各种原因；针对扬子石化热电厂电力系统现存的各种问题，提出减少继电保护装置异常动作的具体解决措施；对“正确动作率”统计方法存在的问题进行总结，详细探讨解决这些问题的方法；分析影响扬子石化热电厂继电保护动作正确率的几个因素，并提出提高继电保护动作正确率的措施。

关键词：

继电保护装置　异常动作　正确动作率  统计分析

第一章  继电保护装置异常动作统计与分析

继电保护装置是扬子石化热电厂电力系统的一个重要组成部分，它对扬子石化热电厂电力系统本身的安全稳定运行影响很大，对于因继电保护装置本身故障造成的保护异常停运，有的因未及时处理，最终导致停止供电，严重影响扬子石化公司的安全稳定运行。

因此，消除继电保护装置缺陷，减少其异常动作次数是十分重要的。

1.1  继电保护装置异常动作类型统计与分析

从1987年1月1日至1999年7月1日，扬子石化热电厂继电保护装置共动作273次，其中正确动作185次（67.8%），误动74次（27.1%），拒动14次（5.2%）。

扬子石化热电厂继电保护装置异常动作类型统计如表1.1所示。

表1.1  继电保护装置故障类型统计

注：

其它指检查直流接地、直流保险熔断、直流回路串入交流信号、电压抽取不正常、一次设备等引起的保护装置异常动作。

从表1.1统计的数字来看，占前五位的异常动作原因分别是定值整定问题、接线问题，瞬时缺陷、误操作、继电器问题，分别占故障总次数的14.8%、13.6%、13.6%、13.6%、12.6%,合计占68.2%，多次造成扬子石化公司大面积停电，严重影响了扬子石化热电厂电力系统及扬子石化公司重要化工装置的安全稳定运行，不容忽视。

1.1.1  定值整定问题

“定值整定问题”原因造成继电保护装置异常动作占首位（14.8%）。

定值整定问题系指对继电器整定得不合理，造成继电保护装置误动或者拒动，尤其是上下两级开关在整定值上需要配合的时候，因为动作值或动作时间整定不当，上级开关保护躲不过起动冲击电流或下级开关保护区域内的故障电流而误动。

在13起因“定值整定问题”引起的异常动作中，两者动作次数为4次和5次。

比较突出的是煤场二线516开关的速断保护，多次越级跳闸，严重影响了正常的生产。

由于扬子石化热电厂电流保护大多数采用DL、GL系列电流继电器，因为电磁型继电器本身固有的缺陷，若想提高继电保护动作的选择性和可*性，必须牺牲保护的灵敏性（放大整定值）和速动性（延时）。

比较有效的解决办法就是将DL、GL系列继电器更换为微机保护，微机保护与传统的电磁型保护装置相比，在原理上有突出的优点：

整定值在故障开始时或电动机启动时，能自动提高一定倍数（通过软件编程来实现），在电动机启动完毕或者故障发生一段时间后，整定值自动恢复至原来的数值，这样既躲过起动冲击电流或故障电流的影响，又使继电保护的选择性、速动性、灵敏性和可*性趋向统一。

1.1.2  瞬时缺陷

“瞬时缺陷”情况是指继电保护装置发生异常动作后，或经过一段时间或复位或断电即恢复正常，将继电保护装置退出运行后，检查装置无任何问题（保护异常动作有很大的随机性）。

从表2统计的数字可以看出，备用电源自动投入开关（简称“备自投”或BZT）拒动占瞬时缺陷异常动作次数的50%（占总异常动作次数的6.83%），对于这类异常动作，只能在继电保护装置检修期间，加强对继电器的校验及保护回路完好性检查，防止继电器接点卡住或粘住及回路不通，保护投运前要做现场通流和传动试验以保证回路完好和动作正确性，对于BZT开关还要定期做自投联锁实验。

1.1.3  接线问题和误操作

“接线问题和误操作”都是指因人为因素导致的继电保护异常动作。

前者一般指施工单位在施工安装时接线错误，问题集中在CT二次极性接反及继电器接线错误等方面。

后者指检修人员误碰误动非检修回路、走错间隔、违章操作及运行值班人员错误操作等引起的保护异常动作。

最典型的事例是1989年4月21日电气运行值班人员非同期合540开关，540开关速断保护拒动（时间继电器选型不当），导致公司严重的非计划停车。

接线问题和误操作的共性就是加强责任心可以减少保护异常动作次数。

因此有关部门要求施工单位加强施工管理，完善竣工验收工作，在施工过程中，不能为了施工进度降低安装质量。

另外，继电保护维护与检修人员应提高业务水平，避免出现技术性误操作，工作负责人应密切注意工作班成员的检修，加强安全教育，防止走错间隔，误碰误动非检修回路及违章操作，一经发现应及时制止，并给予批评教育，指出可能带来的严重后果，杜绝再次出现类似情况。

1.1.4  继电器问题

“继电器问题”造成保护异常动作也占相当大的比例（12.6%），继电器问题主要集中在继电器断线、接点卡住或粘住或接触不良、功率方向元件潜动、抗干扰性能差等方面问题。

如1991年11月20日#2化水变保护拒动（BCJ断线）和1996年8月6日和14日#7炉乙磨煤机两次误动（过流保护继电器卡住和时间继电器烧坏）。

其主要原因是继电器校验不符合标准、安装不符合要求、投运前没有做现场通流和传动试验。

还有，继电器抗干扰性能差，易受外界干扰影响，造成继电器工作失常和损坏。

现场屏蔽及接地方面也存在不少问题，影响继电器的正常运行。

同时，继电保护维护与检修人员每次检修时，应加强继电器的校验，禁止校验超周期、甩项目和简化项目，严格按照继电器保护校验规程校验每个继电器。

1.2  主要继电保护装置故障率统计与分析

扬子石化热电厂主要保护装置故障率统计如表1.2所示。

继电保护装置故障率占前七位的是过电流保护（12次，13.6%）、元器件差动保护（12次，13.6%）、高压电动机综合保护器（9次，10.2%）、低电压保护（8次，9.1%）、备自投（8次，9.1%）、速断保护（7次，7.9%）和线路差动保护（7次，7.9%）。

合计63次，占总异常动作次数的71.4%。

表1.2  主要保护装置故障率

注：

其它指一次设备等引起的或无明显掉牌标志的保护装置异常动作。

1.2.1  电流保护

电流保护包括过电流保护、速断保护及中性点过电流保护，其异常动作次数23次（占总异常动作次数的26.1%）。

电流保护异常动作主要原因有定值整定问题（10次），设计及选型问题（5次）和继电器问题（4次）。

由于扬子石化热电厂上下两级开关电流保护之间接线方式不同或者上下两级开关保护接在变压器、电抗器、发电机、母线及输电线路的不同侧，由此会导致在下级开关保护范围内发生故障时，上下两级开关保护的继电器得到的电流分配有所不同，因而形成上下两级开关保护灵敏系数的不同变化。

如果整定值整定得不合理，CT或电流继电器选型不当或者继电器等其它元器件质量不过关，发生在下级开关保护区域内的故障就会引起上级开关保护越级跳闸。

如1999年2月24日#4厂低变中性点过电流保护误动（定值整定得不合理），1993年8月22日470开关过电流保护误动（过电流继电器烧坏）和1995年5月24日#2机甲凝泵速断保护误动（中间继电器选型不合理）。

因此，电流保护对定值整定，保护元器件的选型及质量有很高的要求。

如果加强整定值计算和元器件设计、选型及筛选，严格做好投运前的校验，现场通流和传动试验，此类问题会显著减少。

1.2.2  元器件差动保护和线路差动保护

1.2.2.1  元器件差动保护

扬子石化热电厂元器件差动保护大部分采用BCH系列继电器和DL系列继电器按电流环流法接成的。

元器件差动保护异常动作原因中继电器问题、设计及选型问题及误操作问题,占元器件差动保护异常动作次数的3/4。

由于元器件差动保护的对象是电力变压器、电抗器、发电机及母线等，这就要求元器件差动保护能躲过励磁涌流或外部短路时暂态不平衡电流的影响，当被保护对象空载投入或外部故障时，励磁涌流或外部短路时暂态不平衡电流只流过被保护对象的电源侧或故障侧，通过CT回路在差动回路中形成含有非周期分量的不平衡电流，非周期分量电流能使BCH型继电器铁芯迅速饱和，执行元件DL-11/0.2型电流继电器动作电流大大增加，提高元器件差动保护继电器躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性能。

但对于DL系列电流继电器构成的差动保护，必须通过调整CT变比、容量、电流继电器动作值和动作时间来躲过不平衡电流的影响。

若继电器选型不准，质量不过关或校验不到位或CT容量选择不当，都会引起元器件差动保护异常动作，如1993年3月26日，#3厂用电抗器差动保护误动（继电器抗干扰性差）和1987年7月11日#1厂用电抗器差动保护因为检修人员将电流互感器二次侧开路而误动。

这就要求继电保护人员在对元器件差动保护回路维护和检修时，首先要加强继电器的校验，其次要检查元器件差动回路的正确性（包括接线、安装、调试等方面），严格做好投运前的校验安装和现场通流传动试验，此类问题可随之减少。

1.2.2.2  线路差动保护

扬子石化公司35KV和6KV直配电供电线路设置ZCD-1B型线路纵联差动保护装置（配备有ZXJ-1B辅助导线监视装置）、限时速断及过电流保护，保护运行正确与否直接关系到全公司化工装置的安全稳定生产。

近几年来，我公司多次发生电力电缆接地或相间短路故障，纵差保护均能快速切除，但也存在非客观因素造成纵差保护异常动作，严重威胁化工装置的安全稳定生产，如1998年7月27日，聚丙烯一线317线路电缆Ｂ相、芳烃三线条353线路电缆Ｃ相异地短路故障，纵差保护动作，聚丙烯二线318线路由于辅助导线上的感应电压高，造成318保护装置击穿跳闸，施工总降327线路保护辅助导线损坏，327线路纵差保护误动，严重影响了扬子石化公司的安全生产。

纵差保护异常动作原因中占前三位的是接线问题（3次）、瞬时缺陷（2次）和设计及选型问题（2次）。

而上述三个问题均能在纵差保护投运前通过对调实验来发现。

因此，纵差保护投运前两侧对调是必要的，它可以校验两侧纵差保护回路及动作的正确性：

1）  能正确模拟区内、区外故障，检查保护回路的正确性。

2）  能检查保护两侧CT二次回路接线正确性。

3）  能检查辅助导线接线的正确性

所以，认真做好ZCD-1B纵联差动保护装置和ZXJ-1B辅助导线监视装置的校验工作，严格按照纵差继电器调试要点进行调试，确保纵差继电器各项校验值符合要求。

认真做好纵差保护两侧对调实验，是保证纵差保护正确切除故障的关键，对于投运后的纵差保护，必须进行定期校验与对调。

在进行纵差保护对调试验时，应从两侧纵差保护CT根部开始，以检验整个纵差保护回路的正确性，提高保护正确动作率，确保扬子石化公司供电线路的安全稳定运行。

1.2.3  高压电动机综合保护器

扬子石化热电厂锅炉高压辅机（引风机、送风机、排粉机、磨煤机）都装设有高压电动机综合保护器，随着使用时间的推移，高压电动机综合保护器相继暴露出其不完善的一面，尤其是南京电力自动化设备厂（以下简称“南自厂”）生产的MPR-1型集成电路综合式电动机保护器问题最多（占总异常动作次数的10.2%），分析其异常动作原因，主要有以下几个方面：

1.2.3.1  元器件问题

元器件（含插件的芯片）损坏造成高压电动机综合保护器异常动作次数较多，如果加强元器件的选用和筛选，严格做好出厂的整机通电实验和投运前的校验、传动试验及落实现场工作环境优化等问题，此类问题可随之减少。

1.2.3.2  接触问题

高压电动机综合保护器由多个插件组合而成，各个插件通过插槽和总线相互联络，若某个插件在插拔过程中损坏或插槽接触不良，必将影响高压电动机综合保护器正常工作，甚至造成保护出口误动或拒动。

这就要求继电保护维护人员在检修过程小心谨慎，确保插件与插槽接触良好，避免出现人为损坏。

另外，个别元器件的焊接也有可能出现接触不良（虚焊引起），这就要求厂家在组装设备时从严把关，避免出现虚焊和脱落，继电保护人员在第一次投运高压电动机综合保护器之前要彻底对整机进行检查，确保元器件无虚焊、漏焊和脱落，每次校验时要对各插件进行检查，可大大减少因接触问题引起的异常动作次数。

1.2.3.3  抗干扰问题

由于扬子石化热电厂有很多的电磁干扰源，对高压电动机综合保护器的运行有很大的影响，高压电动机综合保护器一般设有自检功能，对外部干扰感受的灵敏度较高，自检不对时，即发告警，因此，本身防误动能力增强。

但由此又产生新的问题，在系统波动或瞬时干扰时，即发装置告警信号（甚至将保护停运），检查保护装置时，高压电动机综合保护器又无任何问题，若是输入信号电流电压受到干扰，很有可能造成保护误动。

对此，高压电动机综合保护器外壳要求具有屏蔽功能（采用金属外壳并将其可*接地），对于输入的信号电压电流及装置工作电压要经过滤波装置，将信号中的干扰信号滤掉。

由于早期投运的高压电动机综合保护器（MMP-1型、MPR-1型、WDZ-1D型）没有采用有效的抗干扰措施，出现的问题较多。

为了解决这一问题，扬子石化热电厂电气车间已将问题较多的MPR-1型高压电动机综合保护器更换为WDZ-2D型（装置内部配置滤波装置）高压电动机综合保护器。

对于刚投运的MMP-1型和WDZ-1D型高压电动机综合保护器在输入回路上加装上海埃德电磁技术发展公司生产的AERODEV·EMI滤波器组件（型号DNF257-5A，1A，1A），在抗干扰方面取得良好的效果。

1.2.3.4  电源问题

高压电动机综合保护器采用的是直流电源，在纹波系数和抗电源波动影响方面较差，尤其是检查直流接地（快速切换电源）等操作时，因断送电在瞬时完成，CPU没有来得及复位又重新上电，容易导致保护软件运行出错，甚至造成保护出口误动。

南自厂的MPR-1型和江苏龙源电力公司（以下简称“龙源”）MMP-1型高压电动机综合保护器都出现类似情况，东南大学（以下简称“东大”）生产的WDZ-1D/2D型高压电动机综合保护器因出厂前已发现此类问题并予以改正，在正常运行中没有发现上述情况。

为了解决上述问题，龙源和东大分别采用延缓掉电和延时加电的方法来解决，取得比较满意的效果。

同时为了保证不因CPU故障引起的保护出口误动，龙源公司和东大公司都将装置用电源（±5V）和驱动出口电源（±12V）分开，上电时先上装置用电源（±5V），再上出口驱动电源（±12V），掉电时相反，较好地解决了因电源问题而导致的保护出口误动问题。

第二章  “正确动作率”统计方法存在的问题及改进措施

2.1“正确动作率”统计方法存在的问题

热电厂继电保护装置现行的运行状况统计评价方法沿用前苏联采用的“正确动作率”统计方法，主要依据为《电力系统继电保护及安全自动装置运行评价规程》，这种方法是用一定的时间期限（例如1年）内被统计的继电保护装置的正确动作次数占总动作次数的百分比来定义的。

用“正确动作率”可以观测继电保护系统每个时间期限段（例如1年）内的变化趋势，也可以比较不同的继电保护系统（例如35kV系统的线路纵差保护与110kV系统的母差保护）之间的对比情况，从中寻找存在的薄弱环节，制定相应的解决措施。

    除“正确动作率”这一衡量指标外，相关统计部门还将所有数据细分，区分为不同的引起误动作的责任或原因，例如责任属于：

制造质量、安装问题、设计问题、调试问题或运行人员操作失误、整定计算人员计算错误等；在误动作原因方面也可细分为：

原理缺陷，元件损坏或特性变化，接线错误，接插不良，抗干扰能力薄弱，误碰等等。

  “正确动作率”统计方法为热电厂继电保护水平的提高起过很大的启发和指导作用，今后仍会继续起到应有的作用。

    虽然“正确动作率”的统计方法在很大程度上反映热电厂继电保护系统的运行状况，但作者本人在工作期间，发现了在许多特定的情况下，这种方法并不能真正准确反映热电厂继电保护装置实际的运行状态和水平，主要存在以下几个问题：

（1）.保护区域外发生故障对统计的影响，例如差动保护，保护装置未动作，因为保护区域外发生故障保护装置未动作，也是体现该保护装置的选择性要求。

现有的统计方法是：

保护区域外发生故障，如果保护装置动作，就计入不正确动作；如果保护不动作，却没有计入正确动作。

这不能不说是统计不准确或未反映继电保护系统实际运行情况，因为在继电保护未动作时，其实是继电保护系统选择性正确动作的结果。

假设一个时间期限段（例如1年）内，变压器差动保护装置在其保护区域内未发生过一次内部故障，但先后发生过10次外部故障，继电保护装置发生了一次误动，按照上述方法统计，正确动作次数为“0”，而误动次数为１，总的动作次数也为1，按照传统的“正确动作率”统计方法，结果就是该继电保护装置正确动作次数为0％，而误动作次数为100％。

同样，对于反方向区域发生故障时也存在同样的问题。

（2）.故障频率对统计的影响，就是在统计期限内被保护对象的“故障频率”如何反映到我们的运行统计中去，传统“正确动作率”的统计方法也可以理解成区内故障时正确动作次数占区内故障时总动作次数的百分比。

显而易见，当被保护对象在统计期限内的故障频率很低，或根本没有发生过内部故障时，继电保护装置正确动作率只能是很低，甚至只能为零。

而其实呢，这种保护装置可能经受了许多次非区内故障冲击而未误动作，充分表明这种继电保护装置的选择性已经正确动作，但这种情况却未能被现有统计方法所反映。

（３）．相同保护装置重复动作对统计的影响，最典型的例子就是热电厂锅炉高压辅机MMP-1型集成电路综合式电动机保护器（现在已经淘汰），因为使用时间已经达到了装置的使用周期，暴露的问题比较多，在短短的时间内频繁误动作，假设其他的继电保护装置在这一段时间内没有动作次数，这样对于统计全厂的继电保护装置正确动作次数来说，很有可能得出全厂继电保护装置在这一段时间内正确动作率为0％，误动率为100％的结论，显然这样的统计不能正确反映继电保护装置实际的运行状况．

    （４）.统计对象的数量对统计的影响，例如线路纵差保护在电缆出线系统故障相对较少，30套保护装置中仅有一次外部故障误动。

相比之下，架空线系统因为许多自然原因出现故障的几率较高，可能5套设备中就有1次区外故障误动作。

如果知道这些特殊情况，自然会得出架空线系统的保护运行水平高于电缆出线系统的结论，而现行的统计方法统计出的数据却是相反的结果。

    （５）.突发性事件对统计的影响，比如在统计时间段内多次发生特大暴风雨，引起了一连串线路故障，保护多次动作正确动作。

这就增加了很多“正确动作”的机会，假如在统计时间段内没有这些特大暴风雨，装置“正确动作”的次数肯定就会大大减少，这两个统计时间段内继电保护运行水平就相差很多，显然这种统计方法未能很好地评价继电保护装置实际的运行状况。

　　（６）.还有一个问题，比如像L90纵差保护装置这样的微机保护装置，含有纵差保护、电流速断保护和过流保护、低电压保护等多种保护。

如保护区域外发生故障，纵差保护抢先误动，将电流速断保护和过流保护、低电压保护“屏蔽”掉了。

按照现行的统计方法，作为整组保护是误动作的，但若分项评估，后几种保护应该算“正确”动作还是“拒动”，没有一个明确的说法。

    可能在继电保护装置的实际运行中还会发生过更多的其他问题，有待于去探讨如何改进，这里仅仅是提供比较典型的几个问题，希望能找出合适的统计方法。

2.2        统计方法的改进

    从上面可以看出，被保护设备的种类不同，故障频率有较大的差别，而这些差别将直接影响统计结果的准确性。

针对这个问题，建议采用现行的统计方法同时对同类保护装置可考虑采用以下指标来辅助统计：

（1）.保护装置的有效性：

　　保护装置的有效性＝保护装置正确动作的次数／保护装置的台数　　　      

（1）

（2）.保护装置的无效性：

    保护装置的无效性＝保护装置拒动的次数／保护装置的台数　　　　      

（2）

（３）.保护装置的误动性：

保护装置的误动性＝保护装置误动的次数／保护装置的台数　　　　　      （3）

    （4）.保护装置的有效率：

　　保护装置的有效率＝保护装置的有效性／保护装置动作的频率　　　　      （4）

    公式中的

保护装置动作的频率＝保护装置的动作次数／保护装置的台数　　　　      （5）

　　所以：

　　保护装置的有效率＝保护装置正确动作次数／保护装置的动作次数          （6）

    （5）.　保护装置的无效率：

    保护装置的无效率＝保护装置的无效性／保护装置动作的频率　　  　    （7）

　　根据公式（5）可以得出

　　保护装置的无效率＝保护装置拒动的次数／保护装置的动作次数　　　      （8）

（6）.　保护装置的误动率：

保护装置的误动率＝保护装置的误动性／保护装置动作的频率　　　  　    （9）

　　根据公式（5）可以得出

    保护装置的误动率＝保护装置误动的次数／保护装置的动作次数　　    （１0）

根据上面的公式，该套保护装置的正确动作率可以定义为：

正确动作率＝（保护装置的有效性／（保护装置的有效性+保护装置的无效性+保护装置的误动性））×100％　　　　　　　　　　　　　                        （11）

或者

正确动作率＝（保护装置的有效率／（保护装置的有效率+保护装置的无效率+保护装置的误动率））×100％　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　    （１2）

　　从上面可以看出，公式（11）或（12）计算出的正确动作率充分考虑了各种情况，有效解决了各种统计疏忽对统计结果的影响。

当然这种方法只是一种辅助的统计方法，只是对每套保护装置单独的评价，对现行的统计方法是一种补充，不可喧宾夺主。

第三章  提高继电保护动作正确率的措施

3.1  明确继电保护工作的重点

扬子热电厂是扬子石化公司自备电厂，设备繁多，接线方式复杂，继电保护装置面广量大，继电保护工作千头万绪，但其最终目的是不断提高继电保护装置的动作正确率，特别要减少110KV系统由于继电保护引起的事故，保证六烯一、二线765、766线路的安全稳定运行，避免由于继电保护原因及二级单位电力系统故障引起的电网失稳和大面积停电事故，保证扬子电网的安全稳定运行。

3.2.  落实工作规程和反事故措施的实施

继电保护工作必须按规程办事，在继电保护工作中开展“四不放过”活动，强调“安全第一，预防为主”，提倡严谨的工作作风和敬业爱岗精神。

投运的继电保护装置和继电器必须按规程通过正式鉴定，二次施工图纸与现场情况必须一致，在工程启动投运时，要严格把关，消除继电保护不正确动作的隐患，只有设计、基建、制造、运行共同协作，才能做到基建工程一次、二次设备保质保量同步投产，不留尾巴，为电网的安全稳定运行打下良好的基础。

电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施是在总结经验教训的基础上形成的，是提高继电保护装置动作正确率的重要技术措施，扬子热电厂在贯彻部颁继电保护