电气二次设备更新后的回路阻抗匹配问题

摘要：针对电气二次回路设备更新后，由于新、旧电气元件的内阻不同，造成的二次保护、信号回路的拒动和误动问题，通过二次回路阻抗匹配的分析，对原典型设计的修改，提高二次回路动作可靠性。
关键词：内阻；阻抗匹配；电流；电压；拒动；
正文：
现在电气一次设备和二次设备的更新改造较多，就更新设备本身而言，新设备要比旧设备有性能先进，操作简单，安全可靠，使用寿命长等优点。但在电力系统继电保护的二次回路设备更新后，发现更新设备后的二次回路有保护拒动的现象。为此，对出现问题的回路进行了检查和分析，并进行了相应的改动，避免了保护拒动现象的发生，保证了继电保护的正确动作。
1、 发现的问题与检查分析
1.1 发现的问题
2003年12月5日，总变电所值班员通知电气试验班：总变电所6KVⅠ段母线接地，中央信号屏发出的光字牌信号为“6KVⅠ段母线接地”,该信号正确，而还应发出的“掉牌未复归”信号却未正确发出。
1.2 中央信号回路的检查与分析
试验班工作人员到现场后，查明“掉牌未复归”信号未正确发出的直接原因为6KVⅠ段母线绝缘监察信号回路中的电流信号继电器未动作。
实际接线图如下:

其动作过程:在正常运行时,系统三相电压通过电压互感器开口角检测的电压应为0V；当系统发生单相接地时,通过电压互感器的二次开口角反应出不平衡电压值，不平衡电压值大于电压继电器YJ的动作值（15V）时，电压继电器YJ动作，其常开接点动作闭合，接通电流信号继电器XJ线圈和“6KVⅠ段母线接地”光字牌指示灯回路，告知运行人员有6KVⅠ段母线接地故障发生；同时电流信号继电器XJ 启动后，其常开接点闭合，接通中央信号回路“掉牌未复归”光字牌，其本身的红色指示牌掉下，显示其动作过。
在这个动作过程中，“6KVⅠ段母线接地”光字牌为实时信号，它只是在故障状态下发出，即有故障正在发生时信号灯亮,故障消失后信号灯灭。当发生瞬间的接地故障时,该信号灯只能瞬间闪亮一下，不能帮助运行人员准确地记录下故障状态和时间。
而电流信号继电器XJ动作后有机械闭锁，每动作一次后都能使中央信号回路“掉牌未复归”光字牌指示灯亮，且有红色指示牌落下，该指示牌和“掉牌未复归”信号需运行人员手动复归。这有助于运行人员对电气设备运行状态进行监控和了解，有利于电气运行安全。
该次故障状态下，“掉牌未复归”信号未正确发出是由于电流信号继电器XJ未动作而造成的。
对信号继电器未动作原因进行检查和分析：
首先，单独进行电流信号继电器XJ的校验。将其从回路中断开，单独对其进行启动试验。通入电流后，其最小启动电流为0.022A（标准为不大于0.025A）,动作正常，且无卡滞现象，接点接触良好，所以因信号继电器本身原因拒动的可能被排除。
其次，由于“6KVⅠ段母线接地”光字牌能正确发出，说明该回路中YJ常开接点接触良好，且整个回路完好，线路中接触不良而造成信号拒动的可能也被排除。
进一步分析检查，发现该回路中指示灯已由原两个并联的220V15W白炽灯泡更新为两个发光二极管型指示灯，其接入回路中的阻值有较大的变化：
原指示灯内阻为：R=U2/W/2=2202/15/2=3226.67/2=1613.3Ω
忽略电流信号继电器内阻,回路中电流应为：
I=U/R=220/1613.3=0.136A
其实际电流0.136A远远大于信号继电器XJ的动作电流0.025A，所以信号继电器XJ可以可靠动作。
现光字牌已更新为发光二极管型，而发光二极管的内阻较大，单独测量其内阻不是很准确,因其内阻在冷态和热态时有变化。为得到其动作时回路中的实际电流值，我们在实际回路中串联一块电流表，测量当电压继电器YJ动作时光字牌回路的电流，发现其值不大于0.01A，远远小于电流信号继电器XJ0.025的动作值，故电流信号继电器XJ不能正确动作。
根据这一测量结果，可以认定是在电气二次设备改造过程中，由于指示灯的更新造成了信号回路中阻抗不匹配，指示灯的内阻增大而减小了整个回路中电流的大小，电流信号继电器无法正常启动，是本次信号拒动的根本原因。
2、 技术改造的措施
经过对图纸及动作原理的研究，决定在原接线基础上做部分改动，如图:增加信号回路负电源-XM,将信号继电器XJ由电流型改为电压型，与指示灯回路分开,直接由220V直流电压控制动作；将电压继电器YJ由原来的DY－23C/60C型（接点为一常开一常闭）改为DY－24C/60C型（接点为二常开），增加一对常开接点用于启动信号继电器；这样，就可以解决因指示灯内阻过大而造成信号回路拒动的缺陷，又可以保证实现原来的报警效果。

其动作过程：当电压互感器的二次开口角反应出不平衡电压值大于电压继电器YJ的动作值（15V）时，电压继电器YJ动作，其两对常开接点同时动作闭合，分别接通“6KVⅠ段母线接地”光字牌指示灯回路和电压信号继电器XJ线圈回路，告知运行人员有6KVⅠ段母线接地故障发生；同时电压信号继电器XJ 启动后，其常开接点闭合，接通中央信号回路“掉牌未复归”光字牌，其本身的红色指示牌掉下，显示其动作过。
3、 技术改造的效果
首先，对总变6KVⅠ段绝缘监察回路按整改后的接线图进行了改动，并进行了通电试验：
将总变6KVⅠ段PT停电后，在PT二次外加一个大于15V的电压，模拟零序电压来启动电压继电器YJ。这时，控制室中央信号控制屏正确发出了“6KVⅠ段母线接地”光字牌和“掉牌未复归”光字牌，中央信号保护屏上有“6KVⅠ段母线接地”信号继电器动作。
停止外加电压后，中央信号控制屏上“6KVⅠ段母线接地”光字牌消失；而“掉牌未复归”光字牌仍然指示；在中央信号保护屏上复归“6KVⅠ段母线接地” 信号继电器后，中央信号控制屏上的“掉牌未复归”光字牌消失。
在经过试验确认线路的改动效果正确后，我们又对总变电所类似问题进行了整改，分别将6KVⅡ段绝缘监察回路和总变66KV绝缘监察回路进行了相同的改动。在改动后的一年运行中，未发现信号拒动或误动的现象，说明运行可靠。
4、 结论
电力系统继电保护的正确动作是电力系统安全运行和发生电气故障时保护电气设备，减少停电损失的重要手段，要求继电保护的正确动作率达到100%。这就要求我们在电力系统的设备改造中，尤其是二次设备更新时，要将整个回路中各元件的内阻予以充分的考虑，单个元件更新后，其内阻的变化是否会影响到相关联回路中的其它元件的动作情况，应是选择该元器件的首要因素。特别是指示灯回路，大多都由电子发光设备取代了原来的纯电阻加灯泡的形式，由于电子发光设备的内阻不容易测量，其冷态和热态的阻值又不同，所以最好在实际接通电源的情况下对其电流、电压进行测量，分析对其它设备的影响，以保证继电保护的正确动作。