幾起智能變電站繼電保護(hù)誤動事故分析

董爾佳

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

幾起智能變電站繼電保護(hù)誤動事故分析

董爾佳

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

介紹了近年來發(fā)生在智能變電站的幾起典型的繼電保護(hù)誤動作事故，對造成繼電保護(hù)誤動的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出目前智能變電站在電氣量采樣傳輸、二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)維管理等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)存在的問題，并就解決這些問題和智能變電站未來的發(fā)展提出了建議。

智能變電站;繼電保護(hù);誤動作

隨著電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，智能變電站正處在快速發(fā)展階段?！笆濉逼陂g國家電網(wǎng)公司改造、新建智能變電站5000余座，2016-2020年，還將建設(shè)約7700座智能化變電站。因此，未來幾年內(nèi)與智能變電站相關(guān)的電子式互感器、繼電保護(hù)、信息通信技術(shù)還需有更大的進(jìn)步和發(fā)展。

智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站[1]。智能變電站與常規(guī)變電站相比是光纖代替了二次電纜、數(shù)字化信息代替了模擬量電信號、邏輯連接代替了物理連接，具備較強(qiáng)的高級應(yīng)用功能，如順控、智能告警及故障信息綜合分析決策、設(shè)備狀態(tài)可視化、站域控制、源端維護(hù)、輔助控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動等。但是，由于一些技術(shù)發(fā)展和運(yùn)維管理水平的滯后，近幾年在智能變電站運(yùn)行過程中發(fā)生的一些事故，暴露出智能變電站目前還存在諸多問題。

1 幾起智能變電站繼電保護(hù)誤動事故

1.1 合并單元異常造成保護(hù)誤動

2016年3月某66kV智能變電站1號主變差動保護(hù)動作，出口跳閘。經(jīng)檢查分析，一次設(shè)備無故障，繼電保護(hù)為誤動作。通過報(bào)文分析程序發(fā)現(xiàn)主變低壓側(cè)合并單元正常運(yùn)行時(shí)的采樣時(shí)間差為250 μs，在14:06:06.008787時(shí)刻時(shí)差跳變?yōu)?00 μs。合并單元的采樣頻率由正常運(yùn)行時(shí)的4kHz跳變?yōu)? kHz[2](如圖1所示)，每幀數(shù)據(jù)品質(zhì)位未發(fā)異常，合并單元并未發(fā)出采樣異常報(bào)警；而高壓側(cè)合并單元未發(fā)生采樣頻率跳變情況，如圖2所示。

主變差動保護(hù)裝置對低壓側(cè)合并單元發(fā)送的2 kHz采樣率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，未檢測出合并單元報(bào)文中的采樣頻率跳變， 仍按照2 kHz采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。根據(jù)保護(hù)裝置的采樣插值算法， 正常情況下需將合并單元送來的數(shù)字量進(jìn)行二次采樣，最終每個(gè)周波采24 點(diǎn)，仍按合并單元4 kHz采樣頻率算法處理2 kHz采樣頻率得到的數(shù)字量計(jì)算，使得低壓側(cè)電流有效值計(jì)算變大，導(dǎo)致差動電流滿足差動保護(hù)動作條件，造成差動保護(hù)動作[3](如圖3所示)。

圖1 低壓側(cè)合并單元發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)波形Fig.1 Message data waveforms of low-voltage part merging unit

圖2 高壓側(cè)合并單元發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)波形Fig.2 Message data waveforms of high-voltage part merging unit

1.2 保護(hù)裝置硬件故障造成保護(hù)誤動

2016年11月某500kV智能變電站第二套線路保護(hù)接地距離Ⅰ段動作，開關(guān)三相跳閘。經(jīng)現(xiàn)場檢查，一次設(shè)備未發(fā)現(xiàn)故障且其他保護(hù)及故障錄波裝置均沒有反應(yīng)，保護(hù)裝置為誤動。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置CPU2插件上用于識別CPU2地址ID的1根插針折斷，但由于該插件的FLASH芯片中一直存在對應(yīng)原CPU2的備份地址，因此在裝置正常運(yùn)行時(shí)，滿足自檢要求，該狀態(tài)應(yīng)一直持續(xù)到保護(hù)跳閘前[4](見圖4)。跳閘前CPU2插件上的Flash芯片又發(fā)生損壞，該芯片的外特性出現(xiàn)異常，造成該插件的數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變，原CPU2的A/D采樣回路受此跳變固定的自檢時(shí)干擾，保護(hù)裝置整組啟動。由于原CPU2檢測不到對應(yīng)的ID號，經(jīng)過自檢時(shí)間后，將自身的ID號默認(rèn)為CPU1(見圖5)，此時(shí)，原CPU2開放了所用相關(guān)的跳閘功能。在數(shù)據(jù)總線中跳變模擬量的作用下，保護(hù)動作出口，同時(shí)保護(hù)裝置在該雜散電流作用下判斷開關(guān)失靈，啟動單跳失敗跳三相的回路，最終開關(guān)三相跳閘。

1.3 人員操作失誤造成繼電保護(hù)裝置誤動

2015年9月21日，某省檢修公司在進(jìn)行 220kV變電站合并單元更換后，恢復(fù) 220kVⅠ、Ⅱ段母線A套差動保護(hù)過程中，運(yùn)行人員錯(cuò)誤地將母差保護(hù)“投檢修”硬壓板提前退出，并投入了Ⅰ、Ⅱ母各間隔“GOOSE發(fā)送軟壓板”，使母差保護(hù)具備了跳閘出口條件。在批量投入“間隔投入軟壓板”的過程中，母差保護(hù)出現(xiàn)差流并達(dá)到動作門檻，母差保護(hù)動作，Ⅰ、Ⅱ段母線上2條線路、1臺變壓器跳閘。

圖3 PCS-9671D-D保護(hù)裝置報(bào)文數(shù)據(jù)波形Fig.3 PCS-9671D-D protection devices message data waveforms

圖4 裝置上電時(shí)CPU地址ID識別邏輯Fig.4 CPU address ID recognition logic in power-on device

圖5 主循環(huán)內(nèi)CPU地址ID識別邏輯Fig.5 CPU address ID recognition logic in the main loop

2 繼電保護(hù)誤動反映出的問題

這幾起跳閘事故，一次主設(shè)備均沒有發(fā)生故障，但是由于種種原因繼電保護(hù)裝置誤動作跳閘，反映出目前智能變電站在電氣量采集、二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)維檢修管理等方面仍存在很多問題。

2.1 電氣量采樣環(huán)節(jié)存在的問題

智能變電站繼電保護(hù)裝置模擬量的采集，由原來的“互感器→保護(hù)裝置”模式變?yōu)椤半娮邮交ジ衅鳌喜卧Ｗo(hù)裝置”或“常規(guī)互感器→合并單元→保護(hù)裝置”模式，簡化了二次回路，降低了檢修和維護(hù)的工作量。但是整個(gè)系統(tǒng)的可靠性并沒有像原來預(yù)想的那樣得到提高，究其原因主要有以下幾點(diǎn)：一是光纖連接質(zhì)量和可靠性不如原來的電纜連接，二是合并單元環(huán)節(jié)由于產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)、算法邏輯錯(cuò)誤以及信號傳輸延時(shí)等問題降低了電氣量采集傳輸?shù)目煽啃?。近年來已多次發(fā)生由于合并單元本身產(chǎn)品質(zhì)量和延時(shí)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤引發(fā)的繼電保護(hù)誤動作事故，因此2015年國家電網(wǎng)公司要求在500kV和重要的220kV樞紐變電站仍采用常規(guī)互感器與保護(hù)裝置直接電纜連接的模式，取消光纖與合并單元環(huán)節(jié)，以保證繼電保護(hù)系統(tǒng)電氣量采集環(huán)節(jié)的可靠性。

2.2 二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測存在的問題

智能變電站采用的信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)為二設(shè)備狀態(tài)檢修提供了技術(shù)基礎(chǔ)，Goose網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈的中斷可以被實(shí)時(shí)監(jiān)測到，以往二次電纜的斷線、接地等故障對智能變電站來說已不成為問題[5]。但是對保護(hù)裝置本身的狀態(tài)監(jiān)測還存在一定漏洞，與常規(guī)變電站并沒有太大進(jìn)步。前面所提到的第一起、第二起故障中二次設(shè)備裝置出現(xiàn)了問題，但沒有及時(shí)發(fā)出報(bào)警并閉鎖相應(yīng)的保護(hù)功能，造成了保護(hù)誤動。尤其是第二起事故中，裝置背板斷針盡管是小概率事件，但一旦發(fā)生將嚴(yán)重影響裝置正常功能的實(shí)現(xiàn)，因此在裝置自檢邏輯中應(yīng)予以考慮。另外智能變電站的優(yōu)勢在于信息的網(wǎng)絡(luò)化共享，完全可以通過整站綜合信息判斷單一保護(hù)裝置的反應(yīng)是否正確。就這一點(diǎn)來說目前智能變電站的二次設(shè)備在線監(jiān)測還遠(yuǎn)未達(dá)到智能化的要求。

2.3 運(yùn)維檢修管理存在的問題

智能化變電站采用IEC61850通信協(xié)議，保護(hù)屏上只保留一塊“投檢修狀態(tài)”硬壓板，取消其余全部硬壓板，其功能全部由軟壓板實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備程序化操作，同時(shí)保護(hù)裝置還具有遠(yuǎn)方投退保護(hù)軟壓板、遠(yuǎn)方切換保護(hù)定值區(qū)功能，可以在后臺一次性同時(shí)操作多塊軟壓板[6]。這種做法的初衷是可以縮短操作時(shí)間、防止誤操作的發(fā)生，提高操作效率和變電站的安全運(yùn)行水平，但是實(shí)際效果并不盡人意，已經(jīng)發(fā)生多起因軟壓板漏投、錯(cuò)投造成的安全隱患和事故。主要原因有幾點(diǎn)：一是運(yùn)行操作人員的技術(shù)水平和操作習(xí)慣還沒有適應(yīng)智能變電站的要求，常規(guī)變電站保護(hù)壓板的投、退操作和復(fù)核多年以來已經(jīng)有了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鳂I(yè)程序，而智能變電站將實(shí)際可見的硬壓板操作變成了監(jiān)控后臺上的軟壓板操作，如果操作人員對軟硬壓板之間的對應(yīng)關(guān)系不清楚的話，誤操作的概率將會大大增加；二是現(xiàn)在保護(hù)裝置的軟壓板操作缺少投退順序的邏輯閉鎖，其實(shí)這一點(diǎn)在保護(hù)裝置和后臺監(jiān)控程序上非常容易實(shí)現(xiàn)，可以從技術(shù)手段上消除人員誤操作的可能性[7]。

3 結(jié) 語

就繼電保護(hù)技術(shù)而言，應(yīng)在確保繼電保護(hù)安全、可靠的前提下，構(gòu)建基于時(shí)空維度信息的層次化保護(hù)控制系統(tǒng)。完善面向單個(gè)保護(hù)對象的就地級保護(hù)功能，要求可靠、快速地切除故障；推進(jìn)面向變電站的站域級保護(hù)建設(shè)，利用站內(nèi)多個(gè)對象的信息，集中決策，提高保護(hù)可靠性，防止保護(hù)誤動發(fā)生；加快面向區(qū)域電網(wǎng)的廣域級系統(tǒng)保護(hù)的研究和推廣，利用多站的綜合信息，統(tǒng)一判別決策，實(shí)現(xiàn)相關(guān)保護(hù)及安穩(wěn)控制功能。

提高智能變電站整體智能化水平，利用智能變電站模型統(tǒng)一、信息共享的特點(diǎn)，按照相關(guān)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程和反事故措施要求，開發(fā)“一鍵式”保護(hù)裝置檢測、操作等高級應(yīng)用，按照一定的邏輯關(guān)系順序完成各種操作，降低現(xiàn)場調(diào)試及運(yùn)維檢修的工作量和工作難度。

結(jié)合智能變電站保護(hù)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展方向，在設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修、管理方面，制定和完善繼電保護(hù)相關(guān)規(guī)程，建立智能變電站繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系。加強(qiáng)繼電保護(hù)專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)和人員培訓(xùn)，為智能變電站運(yùn)行管理做好人才儲備。

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(編輯 陳銀娥)

Analysis on several maloperation accidents of relay protection in smart substations

DONG Erjia

(Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China)

In this paper, several typical maloperation accidents of relay protection occurring in intelligent substations recently are introduced and its causes of relay protection maloperation are analyzed in detail. It is pointed that the problems exist in the key technology sectors such as sampled value transmission of electric quantity, the condition monitoring of secondly equipment and its operation management in intelligent substations. Some suggestions are put forward for settlement of these problems and the future development of the intelligent substation.

smart substation; relay protection; maloperation

2017-03-21。

董爾佳(1972—)男，碩士，高級工程師，從事電網(wǎng)技術(shù)研究工作。

TM774+1

B

2095-6843(2017)03-0204-04