李春亮,張繼國(guó),胡可為,楊 松,周玉光

(國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司,長(zhǎng)春 130021)

隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，網(wǎng)架復(fù)雜程度不斷加深，電網(wǎng)調(diào)度面臨的壓力與日俱增，一旦發(fā)電廠或變電站發(fā)生跳閘事故，第一時(shí)間獲得事故分閘信息就變得尤為重要。由于無人值班變電站的推廣，現(xiàn)場(chǎng)已無值班人員與調(diào)度溝通，此時(shí)調(diào)度主站的綜合分析與智能告警功能的作用便更加凸顯，其必須保證廠站發(fā)生跳閘事故時(shí)，事故分閘信號(hào)能夠聯(lián)動(dòng)推出。綜合分析與智能告警作為智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)D5000實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用中的一個(gè)功能模塊，當(dāng)發(fā)電廠或變電站發(fā)生跳閘事件時(shí)，調(diào)度主站推出事故分閘信號(hào)，使得調(diào)度人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)廠站事故。綜合分析與智能告警借助智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)一體化平臺(tái)，同D5000中多個(gè)應(yīng)用存在數(shù)據(jù)交互[1]。

1 調(diào)度主站綜合分析與智能告警功能概述

綜合分析與智能告警使用正反向推理技術(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，程序啟動(dòng)時(shí)通過接線分析得到設(shè)備與斷路器的連接關(guān)系和廠站內(nèi)各電壓等級(jí)的接線方式，實(shí)時(shí)接收穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)中遙信信息，以其中的斷路器分位信號(hào)為觸發(fā)條件，將與之相連的一次設(shè)備納入監(jiān)視范圍，查找與監(jiān)視范圍內(nèi)一次設(shè)備相關(guān)的斷路器，判斷斷路器狀態(tài)和動(dòng)作情況，分析一次設(shè)備相關(guān)量測(cè)的變化特征，結(jié)合廠站事故總信號(hào)和保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，滿足故障判據(jù)進(jìn)行告警[2]。

調(diào)度主站的事故分閘信號(hào)生成機(jī)制如下，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，廠站某個(gè)或多個(gè)間隔斷路器跳閘，調(diào)度主站收到故障間隔斷路器的分位信號(hào)，同時(shí)收到廠站事故總信號(hào)。當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)到達(dá)調(diào)度主站的時(shí)間差在3 s以內(nèi)時(shí),調(diào)度主站將上述兩信號(hào)合成為事故分閘信號(hào)。一旦事故分閘信號(hào)產(chǎn)生，便表示有廠站發(fā)生跳閘事故。

2 廠站斷路器的位置上送方式

一般情況下，500 kV及以上電壓等級(jí)變電站，調(diào)度主站取斷路器的總位置和分相位置；220 kV及以下電壓等級(jí)變電站，調(diào)度主站只取斷路器的總位置(部分省份也同時(shí)取總位置和分相位置)。

多數(shù)廠站的斷路器都采用雙位置繼電器的接點(diǎn)對(duì)來判定斷路器位置，接點(diǎn)對(duì)由一個(gè)常開接點(diǎn)和一個(gè)常閉接點(diǎn)構(gòu)成。當(dāng)斷路器某相合閘后，其斷路器位置常開輔助接點(diǎn)閉合，常閉輔助接點(diǎn)打開(用雙位置表示即為10)；反之，當(dāng)斷路器分閘后，其斷路器位置常開輔助接點(diǎn)打開，常閉輔助接點(diǎn)閉合(用雙位置表示即為01)。接點(diǎn)對(duì)中常開與常閉輔助接點(diǎn)的分合狀態(tài)始終相反，互為驗(yàn)證，以此確定斷路器位置。

廠站對(duì)斷路器的分相(A、B、C三相)位置接點(diǎn)進(jìn)行處理，將它們合成為一個(gè)總的位置信號(hào)送給調(diào)度主站。但需要注意的是，一般斷路器的合閘位置輔助接點(diǎn)使用常開接點(diǎn)，分閘位置輔助接點(diǎn)使用常閉接點(diǎn)，因此在合成總位置時(shí)，為遵循斷路器三相合閘方為合閘、任一相分閘便為分閘的原則[3]，需將斷路器的三相常開接點(diǎn)串聯(lián)起來，將常閉接點(diǎn)并聯(lián)起來。對(duì)于一些早期廠站，由于斷路器機(jī)構(gòu)輔助接點(diǎn)較少，可能僅使用一副常開接點(diǎn)或是一副常閉接點(diǎn)表示斷路器位置，但也遵循同樣原則。

不過，一些廠站在設(shè)計(jì)或?qū)嶋H接線中，并未按照以上要求實(shí)行。例如，將表示斷路器合閘位置的常開接點(diǎn)并聯(lián)，或是將表示斷路器分閘位置的常閉接點(diǎn)串聯(lián)，這種情況在斷路器三相機(jī)構(gòu)正常分、合閘時(shí)并無問題，但若斷路器因機(jī)構(gòu)自身或系統(tǒng)故障原因而單相分、合閘時(shí)，便可能出現(xiàn)斷路器總位置上送主站錯(cuò)誤的情況。

3 事故總信號(hào)的生成原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 事故總信號(hào)生成原理

綜合分析與智能告警模塊中事故分閘信號(hào)的產(chǎn)生依賴于斷路器分位信號(hào)和事故總信號(hào)。其中斷路器分位信號(hào)一般由變電站測(cè)控裝置采集并送至數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，經(jīng)由電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)直接傳送給調(diào)度主站；一些早期投運(yùn)的變電站，還可以不經(jīng)測(cè)控，而由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)獨(dú)自采集并上送主站[4]。事故總信號(hào)按照其生成原理可分為以下兩大類。

a.合后繼電器常開接點(diǎn)與斷路器跳閘位置繼電器常開接點(diǎn)串接啟動(dòng)。合后繼電器實(shí)際是一個(gè)雙圈磁保持的雙位置繼電器。該繼電器有一個(gè)動(dòng)作線圈和一個(gè)復(fù)歸線圈，當(dāng)動(dòng)作線圈帶電后，接點(diǎn)閉合。此時(shí)如果線圈失電，接點(diǎn)也會(huì)維持原閉合狀態(tài)，直至復(fù)歸線圈上加上一個(gè)動(dòng)作電壓，接點(diǎn)才會(huì)返回到打開狀態(tài)。當(dāng)手動(dòng)或遙控合閘時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)合后繼電器的動(dòng)作線圈，接點(diǎn)閉合；手動(dòng)或遙控分閘時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)合后繼電器的復(fù)歸線圈，接點(diǎn)打開，而保護(hù)跳閘則不啟動(dòng)復(fù)歸線圈[5]。

根據(jù)此原理，將合后繼電器常開接點(diǎn)與斷路器跳閘位置繼電器常開接點(diǎn)串接，構(gòu)成位置不對(duì)應(yīng)回路，即事故總信號(hào)啟動(dòng)回路。當(dāng)手動(dòng)或遙控合閘后，斷路器跳閘位置繼電器接點(diǎn)打開，合后繼電器位置接點(diǎn)閉合，位置不對(duì)應(yīng)回路斷開；當(dāng)保護(hù)動(dòng)作跳閘后，斷路器跳閘位置繼電器接點(diǎn)由分轉(zhuǎn)合，合后繼電器接點(diǎn)依舊閉合，此時(shí)位置不對(duì)應(yīng)回路導(dǎo)通，啟動(dòng)間隔事故總信號(hào)，一方面接通事故總信號(hào)音響，一方面點(diǎn)亮監(jiān)控后臺(tái)光字牌。間隔事故總信號(hào)還會(huì)送到遠(yuǎn)動(dòng)裝置，遠(yuǎn)動(dòng)裝置將各間隔事故總信號(hào)合并為全站事故總信號(hào)，經(jīng)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送給調(diào)度主站，主站依據(jù)相應(yīng)機(jī)制生成事故分閘信號(hào)[6]。

該方式的優(yōu)點(diǎn)是，一旦斷路器手動(dòng)或遙控合閘后，除非手動(dòng)或者遙控分閘，其他任何方式造成的斷路器分閘，都會(huì)產(chǎn)生事故總信號(hào)，能夠反映由斷路器本身或操作機(jī)構(gòu)、回路故障而引起的非系統(tǒng)故障跳閘，如斷路器偷跳。

b.保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)。以保護(hù)動(dòng)作出口(如差動(dòng)保護(hù)出口、距離保護(hù)出口)作為間隔事故總信號(hào)的啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，由保護(hù)裝置通過硬接點(diǎn)輸出事故總信號(hào)，或者保護(hù)裝置以軟報(bào)文形式將保護(hù)出口信號(hào)送給遠(yuǎn)動(dòng)裝置，在遠(yuǎn)動(dòng)裝置中將這些出口信號(hào)合并成間隔事故總信號(hào)，各間隔事故總信號(hào)再合并為全站事故總信號(hào)(見圖1)，然后經(jīng)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送給調(diào)度主站，主站依據(jù)相應(yīng)機(jī)制生成事故分閘信號(hào)。

相比上一種事故總信號(hào)生成原理，保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)事故總信號(hào)的方式放棄了不對(duì)應(yīng)回路，當(dāng)斷路器發(fā)生偷跳時(shí)，無法啟動(dòng)事故總信號(hào)，存在缺陷。

圖1 保護(hù)軟信號(hào)合并生成事故總信號(hào)原理圖

3.2 事故總信號(hào)生成現(xiàn)狀

以上論述了事故總信號(hào)的兩種生成原理，事實(shí)上，國(guó)內(nèi)發(fā)電廠和變電站發(fā)展至今，前后時(shí)間跨度較長(zhǎng)，老站新站并存現(xiàn)象普遍，不同地區(qū)的廠站在二次設(shè)計(jì)方面也存在差異，以及不同廠站二次設(shè)備在原理、配置方面的多樣化，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)事故總信號(hào)的具體生成方式各有不同，下面就實(shí)際的現(xiàn)狀做詳細(xì)介紹。

3.2.1 由智能終端生成事故總信號(hào)

對(duì)于智能變電站，其事故總信號(hào)由智能終端生成。智能終端內(nèi)包含合后繼電器與斷路器跳閘位置繼電器，二者的常開接點(diǎn)串接生成本間隔事故總信號(hào)，信號(hào)送至測(cè)控裝置，由測(cè)控裝置轉(zhuǎn)給數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，經(jīng)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送給調(diào)度主站，主站依據(jù)相應(yīng)機(jī)制生成事故分閘信號(hào)。

3.2.2 由操作箱生成事故總信號(hào)

對(duì)于使用操作箱的傳統(tǒng)變電站來說，操作箱內(nèi)部包含合后繼電器常開接點(diǎn)與斷路器跳閘位置繼電器常開接點(diǎn)，二者的輔助接點(diǎn)串接生成本間隔事故總信號(hào)，各間隔事故總信號(hào)合并為全站事故總信號(hào)，送至遠(yuǎn)動(dòng)裝置，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)直接傳送給調(diào)度主站。

3.2.3 由測(cè)控裝置生成事故總信號(hào)

當(dāng)保護(hù)動(dòng)作后，操作箱輸出斷路器分位信號(hào)、保護(hù)跳閘動(dòng)作信號(hào)至本間隔測(cè)控裝置，由測(cè)控裝置合成本間隔事故總信號(hào)，送至遠(yuǎn)動(dòng)裝置，在遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)將各間隔事故總信號(hào)合成為全站事故總信號(hào)，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)直接傳送給調(diào)度主站[4]。

3.2.4 由保護(hù)裝置經(jīng)硬接點(diǎn)輸出事故總信號(hào)

在部分傳統(tǒng)變電站中，保護(hù)裝置動(dòng)作后，能夠輸出本間隔事故總信號(hào)硬接點(diǎn)給測(cè)控裝置，測(cè)控裝置將本間隔事故總信號(hào)送至遠(yuǎn)動(dòng)裝置，遠(yuǎn)動(dòng)裝置將各間隔事故總信號(hào)合成為全站事故總信號(hào)，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送給調(diào)度主站。

對(duì)于一些不具備測(cè)控裝置的早期變電站，保護(hù)裝置輸出的硬接點(diǎn)事故總信號(hào)經(jīng)電纜送至遠(yuǎn)動(dòng)屏，在遠(yuǎn)動(dòng)屏端子排上將電纜合并成全站事故總信號(hào)，該信號(hào)引入遠(yuǎn)動(dòng)裝置，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送給調(diào)度主站。

3.2.5 由保護(hù)動(dòng)作軟信號(hào)合成事故總信號(hào)

對(duì)于不具備事故總信號(hào)硬接點(diǎn)輸出的保護(hù)裝置，其保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以軟報(bào)文方式送給遠(yuǎn)動(dòng)裝置，在遠(yuǎn)動(dòng)裝置中合成間隔事故總信號(hào)，各間隔事故總信號(hào)再合成為全站事故總信號(hào)，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送給調(diào)度主站。

4 主站事故分閘信號(hào)未推出案例分析

4.1 案例1

2017年8月，某220 kV變電站發(fā)生線路跳閘事件，故障時(shí)，調(diào)度主站未推出事故分閘信號(hào)。經(jīng)查，主站收到故障間隔的分位信號(hào)，但未收到全站事故總信號(hào)。該站為傳統(tǒng)變電站，事故總信號(hào)由保護(hù)裝置以硬接點(diǎn)形式送給測(cè)控裝置。

自動(dòng)化維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作及斷路器跳閘均正確，二次回路無問題。后檢查故障線路測(cè)控裝置的內(nèi)部設(shè)置，發(fā)現(xiàn)測(cè)控裝置的遙信防抖時(shí)間設(shè)為200 ms，時(shí)間設(shè)置過長(zhǎng)(一般測(cè)控裝置防抖時(shí)間為20 ms左右)。將防抖時(shí)間調(diào)整為20 ms后，重新進(jìn)行復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，此時(shí)主站能夠接收到事故總信號(hào)。經(jīng)多次驗(yàn)證后，確定本次事故分閘未推出原因?yàn)椋汗收习l(fā)生后，保護(hù)裝置發(fā)出間隔事故總信號(hào)給測(cè)控裝置，該事故總信號(hào)持續(xù)時(shí)間一般較短，而測(cè)控裝置的遙信防抖時(shí)間過長(zhǎng)(200 ms)，使得測(cè)控裝置未收到事故總信號(hào)(被防抖濾除)，導(dǎo)致全站事故總信號(hào)生成失敗。

4.2 案例2

2017年11月，某大型發(fā)電廠因熱工保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳發(fā)電機(jī)-變壓器組(簡(jiǎn)稱發(fā)-變組)，發(fā)-變組跳閘后調(diào)度主站未推出事故分閘信號(hào),經(jīng)查，主站收到發(fā)-變組高壓側(cè)斷路器的分位信號(hào)，卻未收到全廠事故總信號(hào)。

自動(dòng)化維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作及斷路器跳閘均正確，二次回路無問題。后核查設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)發(fā)-變組保護(hù)裝置傳送至網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCS)測(cè)控裝置，經(jīng)NCS測(cè)控裝置送至遠(yuǎn)動(dòng)裝置的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)中，不包含熱工保護(hù)送至發(fā)-變組保護(hù)的聯(lián)跳信號(hào)，因此未啟動(dòng)全廠事故總信號(hào)。

目前，對(duì)于該聯(lián)跳信號(hào)是否加入全廠事故總信號(hào)尚待商榷，因?yàn)榭赡芑煜髡具\(yùn)監(jiān)人員對(duì)發(fā)電機(jī)正常停機(jī)和事故停機(jī)的判別。發(fā)電機(jī)的正常停機(jī)方式一般是先將發(fā)電機(jī)有功、無功功率減至零，然后采用汽輪機(jī)手動(dòng)打閘或鍋爐手動(dòng)主燃料跳閘聯(lián)跳汽輪機(jī)，熱工保護(hù)動(dòng)作，傳送至發(fā)-變組保護(hù)C屏外部重動(dòng)，聯(lián)跳相應(yīng)斷路器。該方式會(huì)啟動(dòng)事故總信號(hào)，但此情況又屬于正常停機(jī)，而非事故跳閘，所以，若將熱工保護(hù)送發(fā)-變組保護(hù)的聯(lián)跳信號(hào)計(jì)入全廠事故總信號(hào)，便無法區(qū)分出正常停機(jī)還是事故停機(jī)。

如果能夠?qū)⑵啓C(jī)手動(dòng)打閘信號(hào)引至遠(yuǎn)動(dòng)裝置，通過在遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)進(jìn)行邏輯設(shè)定，當(dāng)熱工保護(hù)至發(fā)變組保護(hù)的聯(lián)跳信號(hào)開入遠(yuǎn)動(dòng)裝置時(shí)，如果汽輪機(jī)手動(dòng)打閘信號(hào)也已開入，則按照正常停機(jī)判斷，此時(shí)熱工保護(hù)送發(fā)-變組保護(hù)的聯(lián)跳信號(hào)不計(jì)入事故總信號(hào)；如汽輪機(jī)手動(dòng)打閘信號(hào)未開入，則熱工保護(hù)送發(fā)-變組保護(hù)的聯(lián)跳信號(hào)計(jì)入事故總信號(hào)。由此可區(qū)分發(fā)電機(jī)正常停機(jī)和事故停機(jī)。

4.3 案例3

2017年4月，某220 kV變電站發(fā)生線路跳閘事件，故障時(shí)，調(diào)度主站未推出事故分閘信號(hào)。經(jīng)查，主站收到該站斷路器的分位信號(hào)，但未收到事故總信號(hào)。

自動(dòng)化維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行正常，二次回路正常。在檢查數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)配置情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)全站事故總的合成公式中，無此次故障間隔的事故總信號(hào)。原來在同年2月，該站進(jìn)行過另一條220 kV線路調(diào)試，廠家人員在將線路的間隔事故信號(hào)合并為全站事故總信號(hào)時(shí)，誤將本次故障線路的間隔事故總信號(hào)從全站事故總信號(hào)公式中刪除，導(dǎo)致故障無法觸發(fā)全站事故總信號(hào)，主站收不到全站事故總信號(hào)。

4.4 案例4

2017年3月，某發(fā)電廠一條220 kV輸電線路斷路器A相發(fā)生跳閘，調(diào)度主站未推出事故分閘信號(hào)。經(jīng)檢查，主站收到斷路器分位信號(hào)，但未收到事故總信號(hào)。

通過現(xiàn)場(chǎng)排查，該廠的間隔事故總信號(hào)是由保護(hù)裝置經(jīng)硬接點(diǎn)輸出，原本應(yīng)通過電纜送至遠(yuǎn)動(dòng)屏合并為全站事故總信號(hào)，但該電纜實(shí)際上并未連接，遠(yuǎn)動(dòng)裝置未接收到間隔事故總信號(hào)，導(dǎo)致主站收不到全站事故總信號(hào)。

4.5 案例5

2017年5月，某500 kV變電站線路發(fā)生C相跳閘事件，省調(diào)主站未形成事故分閘信號(hào)。經(jīng)檢查，該站全站事故總信號(hào)已上送省調(diào)，但斷路器分位信號(hào)未上送。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該站斷路器各相位置輔助接點(diǎn)對(duì)中的閉接點(diǎn)，采用串聯(lián)方式合并，如此導(dǎo)致斷路器C相跳閘后，僅有斷路器C相輔助接點(diǎn)閉合，斷路器A、B相輔助接點(diǎn)仍處于打開狀態(tài)，未能正確上送斷路器位置，調(diào)度主站未收到斷路器分位信號(hào)，導(dǎo)致無法合成事故分閘信號(hào)。

5 結(jié)論

調(diào)度主站綜合分析與智能告警模塊中的事故分閘信號(hào)是判定廠站是否發(fā)生故障的重要信號(hào)，與廠站事故總信號(hào)、斷路器位置信號(hào)之間存在密切的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，事故總信號(hào)的不同生成方式、斷路器位置輔助接點(diǎn)的不同合成方式都會(huì)影響事故分閘信號(hào)的正確推出。由于采用保護(hù)裝置輸出事故總信號(hào)硬接點(diǎn)的方式，以及由保護(hù)裝置輸出保護(hù)動(dòng)作軟報(bào)文啟動(dòng)事故總信號(hào)的方式，無法全面反映斷路器偷跳等特殊情況，因此建議采用合后繼電器常開接點(diǎn)與斷路器跳閘位置繼電器常開接點(diǎn)串聯(lián)的方式啟動(dòng)事故總信號(hào)。此外，需規(guī)范設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)接線要求，在將斷路器三相位置合成為總位置時(shí)，應(yīng)將斷路器位置輔助接點(diǎn)的常開接點(diǎn)做串聯(lián)接線，常閉接點(diǎn)做并聯(lián)接線。