唐其筠 寧國麗 王志遠(yuǎn) 王新銘 拱志新

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一起35kV備自投裝置非典型故障原因分析

唐其筠 寧國麗 王志遠(yuǎn) 王新銘 拱志新

（國網(wǎng)天津市電力公司城南供電分公司，天津 300000）

本文針對(duì)一起由110kV變電站進(jìn)線電源故障，引發(fā)的下級(jí)變電站35kV系統(tǒng)備自投裝置誤動(dòng)作事件進(jìn)行分析。結(jié)合故障時(shí)刻保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，明確了備自投裝置計(jì)時(shí)器邏輯不一致是造成保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因，并提出了有效的故障處理方法。

備自投；誤動(dòng)作；內(nèi)部計(jì)時(shí)器；故障處理

區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的單電源放射性網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[1]，110kV系統(tǒng)普遍采用雙電源供電方式，在進(jìn)線電源故障時(shí)，通過備自投裝置快速完成電源切換，提升系統(tǒng)供電可靠性[2-3]。備自投裝置分布于多個(gè)電壓等級(jí)中，為滿足層級(jí)配合要求，需對(duì)各級(jí)備自投系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行整定[4-5]。通常設(shè)定為上級(jí)備自投系統(tǒng)優(yōu)先動(dòng)作，相鄰層級(jí)間備自投系統(tǒng)檢無壓時(shí)間延時(shí)1s。本文圍繞一起由110kV電源故障引發(fā)的下級(jí)變電站35kV系統(tǒng)備自投裝置誤動(dòng)作事件展開討論，對(duì)影響備自投裝置層級(jí)間配合的原因進(jìn)行分析，并提出針對(duì)性的解決辦法。

1 故障概述

西花園110kV變電站與小站35kV變電站運(yùn)行方式如圖1所示。112葛雙線帶1號(hào)變運(yùn)行，114盛萬線帶2號(hào)變運(yùn)行，110kV側(cè)單母線運(yùn)行，無備自投。西花園35kV側(cè)301開關(guān)、3021開關(guān)、3441開關(guān)單母分段運(yùn)行，3441母聯(lián)開關(guān)備自投方式運(yùn)行。小站35kV變電站1號(hào)變電源為西小線，2號(hào)變電源為盛小線，35kV側(cè)312開關(guān)、318開關(guān)、345開關(guān)單母分段運(yùn)行，345母聯(lián)開關(guān)備自投方式運(yùn)行。

圖1 備自投系統(tǒng)運(yùn)行方式概況

西花園3441開關(guān)備自投、小站345開關(guān)備自投定值見表1。事故發(fā)生時(shí)，葛雙線發(fā)生單相接地故障，接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，跳開112開關(guān)。1s后重合閘動(dòng)作，112開關(guān)合與永久性故障，接地保護(hù)起動(dòng)再次跳開112開關(guān)。西花園1號(hào)變、小站1號(hào)變失壓，西花園3441開關(guān)、小站345開關(guān)備自投同時(shí)動(dòng)作。依據(jù)保護(hù)層級(jí)配置，認(rèn)定西花園3441開關(guān)備自投正確動(dòng)作，小站345開關(guān)備自投誤動(dòng)作。

表1 變電站備自投系統(tǒng)定值

2 事故原因調(diào)查

2.1 備自投裝置檢查

事故發(fā)生后，變電運(yùn)檢室成立專項(xiàng)工作小組，對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電檢查。工作組首先檢查西花園變電站3441備自投保護(hù)裝置、小站變電站345備自投保護(hù)裝置定值，確認(rèn)定值無誤后，分別對(duì)裝置進(jìn)行模擬傳動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證備自投裝置可靠性。試驗(yàn)?zāi)M變電站在備自投方式下正常運(yùn)行時(shí)，改變單側(cè)35kV母線電壓及進(jìn)線電流值，對(duì)無壓定值、有壓定值、有流定值、檢無壓延時(shí)、備自投重合時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證，并觀察備自投裝置動(dòng)作邏輯是否正確。在共20次試驗(yàn)中，兩套備自投保護(hù)裝置均正確動(dòng)作，排除備自投裝置本身故障可能性。

2.2 保護(hù)報(bào)文分析

故障發(fā)生時(shí)，西花園110kV變電站、小站35kV變電站保護(hù)裝置報(bào)文見表2。在西花園葛雙線發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，西花園35kVⅠ母及小站35kVⅠ母失壓，站內(nèi)35kV備自投裝置起動(dòng)，開始失壓計(jì)時(shí)。故障發(fā)生1s后，根據(jù)系統(tǒng)可靠性的要求，線路重合閘保護(hù)起動(dòng)[6]，112線路重合閘動(dòng)作，合于永久性故障，0.15s后接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，再次跳開112開關(guān)。此后大約5s，西花園3441備自投與小站345備自投裝置同時(shí)動(dòng)作。對(duì)比兩套備自投裝置定值，可以發(fā)現(xiàn)備自投檢無壓時(shí)間相差1s，而重合閘動(dòng)作時(shí)間為1s，時(shí)間基本相符。推測(cè)兩套備自投裝置計(jì)時(shí)清零邏輯存在差異，如圖2所示。圖中，n為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)母線電壓，a為西花園112開關(guān)重合閘時(shí)間1s，b為接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0.15s，c為西花園變電站345備自投裝置檢無壓延時(shí)定值5s。

表2 故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文

西花園變電站在112開關(guān)重合后，無壓延時(shí)停止計(jì)時(shí)并將計(jì)時(shí)器清零，當(dāng)112開關(guān)再次跳開后，無壓延時(shí)重新開始計(jì)時(shí)，本站的無壓動(dòng)作時(shí)間為上級(jí)重合閘動(dòng)作時(shí)間（a）、接地距離Ⅰ段保護(hù)（b）與本站備自投動(dòng)作時(shí)間（c）之和，約6.15s，動(dòng)作時(shí)間與裝置的報(bào)文顯示時(shí)間相符。小站變電站在35kVⅠ母失壓后即開始無壓計(jì)時(shí)，在112開關(guān)重合時(shí)，無壓計(jì)時(shí)停止，但計(jì)時(shí)器不清零。當(dāng)上級(jí)電源重合不良跳開后，無壓延時(shí)將繼續(xù)計(jì)時(shí)，小站345備自投裝置無法躲避上級(jí)電源重合閘動(dòng)作時(shí)間，自故障發(fā)生后約6.15s后備自投保護(hù)動(dòng)作。綜上所述，兩套備自投裝置動(dòng)作時(shí)間基本一致。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

利用繼電保護(hù)試驗(yàn)儀中狀態(tài)序列功能，采用圖3中所示方法，對(duì)西花園3441備自投裝置、小站345備自投裝置進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證裝置無壓計(jì)時(shí)邏輯。

首先模擬正常備自投運(yùn)行方式，在35kVⅠ、Ⅱ段母線上施加70V線電壓，持續(xù)時(shí)間1s。保持Ⅱ母電壓不變，將Ⅰ母電壓降為0，持續(xù)時(shí)間1s。此后，將Ⅰ母線電壓恢復(fù)至70V，持續(xù)1s后，再次將電壓降為0。同時(shí)，監(jiān)測(cè)備自投裝置跳閘出口時(shí)間s。多次試驗(yàn)表明，西花園3441備自投裝置跳閘信號(hào)約8s出口，小站345備自投裝置跳閘信號(hào)約8s出口，由此可以斷定，西花園備自投裝置無壓計(jì)時(shí)暫停后計(jì)數(shù)器清零，而小站備自投裝置無壓計(jì)時(shí)暫停后計(jì)數(shù)器不清零。

3 故障處理

依據(jù)天津市電力公司調(diào)度〔2010〕15號(hào)關(guān)于印發(fā)《微機(jī)型保護(hù)裝置天津電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)軟件版本》的通知，要求備自投裝置起動(dòng)，檢一段母線三線電壓無壓且本段無流，在到達(dá)時(shí)間定值之前，上級(jí)線路重合閘動(dòng)作，母線有壓（≥15V），備自投返回，如重合閘未成功，母線再次無壓，備自投起動(dòng)，重新開始動(dòng)作邏輯。因此小站變電站345備自投裝置在執(zhí)行保護(hù)要求上存在問題，需進(jìn)行整改。

整改方案有兩種。第一種方案是對(duì)小站變電站所采用的南瑞繼保RCS-9651C裝置（版本號(hào)：2.20，校驗(yàn)碼：C97B）進(jìn)行保護(hù)版本升級(jí)，該版本程序的基本邏輯是：①在備自投裝置起動(dòng)后，一側(cè)母線低電壓達(dá)到起動(dòng)定值；②在無壓延時(shí)內(nèi)，如果母線電壓恢復(fù)，則備自投返回，同時(shí)自投裝置計(jì)時(shí)器清零。第二種方案是調(diào)整備自投裝置檢無壓延時(shí)時(shí)間。由于軟件版本升級(jí)費(fèi)用高[4]，且備自投保護(hù)裝置版本升級(jí)需停電作業(yè)。考慮升級(jí)范圍較大，制定統(tǒng)一停電計(jì)劃存在困難，因此采用方案二對(duì)現(xiàn)有備自投系統(tǒng)進(jìn)行整改，將下級(jí)變電站備自投檢無壓延時(shí)，在原有基礎(chǔ)上增加上級(jí)進(jìn)線電源重合閘時(shí)間。對(duì)于小站變電站，將35kV備自投檢無壓延時(shí)由6s改為7s，10kV備自投檢無壓延時(shí)由7s改為8s。該方案可滿足備自投系統(tǒng)層級(jí)配合要求，確保進(jìn)線電源發(fā)生故障時(shí)各級(jí)備自投裝置正確動(dòng)作。

4 結(jié)論

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，備自投裝置越來越多的出現(xiàn)在各個(gè)電壓等級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中。在發(fā)生故障時(shí)，不同層級(jí)間備自投裝置可靠動(dòng)作對(duì)電網(wǎng)安全至關(guān)重要。本文圍繞一起35kV系統(tǒng)備自投裝置誤動(dòng)作事件展開討論，結(jié)合保護(hù)事件報(bào)文對(duì)事故原因進(jìn)行深入剖析。理論分析表明，不同廠家備自投裝置檢無壓邏輯不一致是造成此次事故的根本原因，現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。綜合考慮改造成本及方案可行性，本文推薦采用重新優(yōu)化定值配置的方案解決這一問題，即將下級(jí)備自投裝置檢無壓時(shí)間在原有基礎(chǔ)上增加上級(jí)進(jìn)線電源重合閘時(shí)間。

在實(shí)際工作中，不同廠家備自投裝置邏輯有細(xì)微差異，在配合使用時(shí)存在潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。繼電保護(hù)工作人員在對(duì)裝置進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)充分考慮此類潛在風(fēng)險(xiǎn)，依據(jù)公司相關(guān)版本要求新投運(yùn)設(shè)備置嚴(yán)格把關(guān)，確保二次系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

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The Analysis of an Unconventional Fault in 35kV Automatic Switching Device

Tang Qijun Ning Guoli Wang Zhiyuan Wang Xinming Gong Zhixin

(State Grid Tianjin Power Chengnan Power Supply Branch, Tianjin 300000)

This paper showed a malfunction of 35kV automatic switching device caused by the superior protection action on 110kV incoming line. Based on the message of protection action, by theoretical analysis and systematic test, it was affirmative that the inconsistent logic of internal timers in automatic switching devices was the main reason leading to this accident. And an effective solution on that problem was proposed at the end of the paper.

automatic switching device; malfunction; internal timers; solution

唐其筠（1989-），男，河南省開封市人，碩士研究生，從事繼電保護(hù)及自動(dòng)化相關(guān)工作。