楊 靜，劉叢洲，夏 超，張時敏，孫東杰，湯大海

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

0 引言

智能變電站運行過程中,由于智能化繼電保護裝置設計不完善,現(xiàn)場工作人員對智能化保護裝置有關(guān)基礎知識和運行維護手段掌握不夠,時而會發(fā)生智能化繼電保護裝置誤動作故障。鎮(zhèn)江電網(wǎng)就出現(xiàn)了一起110 kV某變電站因智能化繼電保護裝置廠家設計不完善導致變壓器差動保護誤動作的案例。通過對該變壓器差動保護動作行為進行分析,提出了相應的設計改進措施及反事故措施建議。

1 事故經(jīng)過及繼電保護動作情況

1.1 事故前系統(tǒng)的運行方式

事故前系統(tǒng)的一次運行方式如圖1所示,該變電站為單母線分段接線,110 kVⅠ段和110 kVⅡ段母線,兩路電源分別經(jīng)1,2號變壓器供給。

圖1 事故前的變電站主接線

1.2 事件描述

2016-10-31T08：38：33.607,鎮(zhèn) 江 電 網(wǎng) 某110 kV變電站1號變壓器iPACS-5941D差動保護裝置B相動作,各側(cè)開關(guān)跳開后,保護裝置比率差動B相動作返回。保護裝置型號為iPACS-5941D_D121185；合并單元、智能終端廠家：上海思源弘瑞。

2016-10-30,該變電站變壓器差動保護不斷發(fā)出差動保護差流異常信號。12：55：38：515,差動保護差流異常,0→1；23：16：10.836,差動保護差流異常,1→0；23：16：20.830,差動保護差流異常,0→1；23：20：12.139,差動保護差流異常,1→0。

一直不停的反復變位,直到2016-10-31T05：57：41.528,差動保護差流異常,0→1；08：38：33.607,保護DSP (數(shù)字信號處理芯片)啟動,B相差動電流0.5Ie(Ie為主變高壓側(cè)額定電流,本案例為0.875 A）比率差動B相元件13 ms動作,差動保護裝置動作跳開各側(cè)開關(guān)后,差動保護差流異常告警消失。

2 故障波形及保護動作行為分析

1號變壓器差動保護動作跳閘后,工作人員到達現(xiàn)場,對變壓器各電氣部分進行了故障點查找,并未發(fā)現(xiàn)該變壓器有明顯故障現(xiàn)象；調(diào)取了該變壓器保護故障錄波,并未發(fā)現(xiàn)有短路電流,只有負荷電流。通過分析,判斷這是一起變壓器差動保護誤動作,要求變壓器差動保護裝置制造廠家一同分析。

2.1 保護裝置動作波形分析

從該保護裝置錄波波形可以看出,高壓側(cè)電流原始采樣瞬時數(shù)據(jù)不再變化,近似于0,低壓側(cè)電流原始采樣數(shù)據(jù)正常為正弦波,導致產(chǎn)生差流,T1～T2期間,僅B相差流剛好大于差流啟動定值0.5Ie,正是因為高壓側(cè)原始采樣數(shù)據(jù)異常,導致了保護裝置保護DSP啟動及動作跳閘。

2.2 變壓器差動保護裝置動作行為分析

2.2.1 初步分析

根據(jù)對上述保護裝置錄波的具體分析和事件發(fā)生前后的所有事件記錄分析,得出以下可能的原因：

(1) 差動保護跳閘出口原因。裝置保護DSP采集到的高壓側(cè)采樣數(shù)據(jù)存在異常,數(shù)據(jù)持續(xù)異常后致使裝置計算出來的差動電流進入了動作區(qū),保護比率差動保護元件動作。

(2) 高壓側(cè)異常采樣數(shù)據(jù)來源可能性分析。高壓側(cè)合并單元(merging unit,MU)發(fā)送了異常采樣數(shù)據(jù),或保護裝置自己產(chǎn)生了異常采樣數(shù)據(jù)。

2.2.2 試驗驗證

現(xiàn)場針對數(shù)據(jù)異常發(fā)生的可能性進行了以下試驗驗證：

(1) 事件發(fā)生后在差動保護裝置未斷電的情況下,通過在高壓側(cè)MU持續(xù)施加電流,發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)保護采樣值始終為0,啟動采樣值正常；對保護高壓側(cè)接收光纖進行抓包,結(jié)果顯示外部數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)正常。

(2) 用變壓器差動保護制造廠家調(diào)試軟件查看裝置內(nèi)部標記,并無數(shù)據(jù)異常,查看原始采樣數(shù)據(jù),原始采樣數(shù)據(jù)是不斷變化的,但用于保護計算的采樣數(shù)據(jù)與錄波中顯示的數(shù)據(jù)一致。逐步查看內(nèi)部標記,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存儲的固定參數(shù)被改寫,有一個bit (二進制信息最小單位)從0變成1,導致用于保護計算的高壓側(cè)采樣數(shù)據(jù)不再更新,從而產(chǎn)生了差流。因此,裝置不斷電的情況下,利用調(diào)試工具,將異常的bit進行了1→0的調(diào)整,之后高壓側(cè)保護采樣恢復正常,裝置運行正常。

為確定固定參數(shù)由0變成1的原因,將板件拿回變壓器差動保護制造廠家后,進一步做各種實驗,在溫度快速升高時復現(xiàn)了該現(xiàn)象。

(3) 從保護裝置內(nèi)部錄波標記可看出,差動保護裝置的保護數(shù)字信號處理(digital signal processing, DSP)啟動時,本該啟動的DSP元件并未啟動,可以確認當時兩路A/D (模數(shù)轉(zhuǎn)換)數(shù)據(jù)存在不一致。裝置對MU原始采樣數(shù)據(jù)進行了雙A/D不一致校驗、異常大數(shù)據(jù)校驗和異常直流校驗,但因為達不到雙A/D異常判據(jù)門檻0.2In(In為電流互感器二次額定電流,本案例為5 A,0.2In為1 A,0.5Ie＜0.2In),故保護DSP并未判出雙A/D不一致,未能報告數(shù)據(jù)異常閉鎖差動保護。

2.2.3 原因分析

現(xiàn)場裝置為2015年5月投運,當時變壓器差動保護制造廠家的設計方案是保護裝置內(nèi)部分為啟動DSP和保護DSP,分別獨立處理MU發(fā)送來的雙路A/D采樣數(shù)據(jù),啟動DSP向智能終端發(fā)送啟動GOOSE (面向通用對象的變電站事件,用于傳輸保護與智能終端之間的信息)命令,保護DSP向智能終端發(fā)送跳閘GOOSE命令,這兩條命令各自獨立,智能終端必須同時接受到GOOSE啟動和GOOSE跳閘命令時才能跳閘出口。由于兩路GOOSE命令是根據(jù)雙A/D通道采樣數(shù)據(jù),由不同DSP獨立進行判別,當雙A/D不一致時,即使一路A/D異常達到動作條件,該廠家的智能終端裝置也不會出口。但本站使用的是思源弘瑞的智能終端沒有關(guān)聯(lián)啟動GOOSE,也就沒有獨立啟動元件,造成了本次動作行為異常。

2.3 設計改進

針對上述造成變壓器差動保護這種誤動作的原因,該廠家進行了設計改進：

(1) 最新的保護裝置程序所有GOOSE跳閘信號均需經(jīng)啟動DSP啟動才能開放,智能終端只需要關(guān)聯(lián)跳閘GOOSE,不再需要關(guān)聯(lián)啟動GOOSE。

(2) 增加了獨立的啟動元件,獨立的啟動元件啟動才能開放保護裝置的跳閘電源。

2.4 反事故措施

為防止同類型變壓器差動保護出現(xiàn)誤動作,鎮(zhèn)江電網(wǎng)實施了以下反事故措施：

(1) 差動保護裝置更換中央處理器(central processing unit,CPU)板件,保護裝置程序升級至最新版本。由于內(nèi)部存儲的固定參數(shù)被改寫,使讀取狀態(tài)出現(xiàn)異常,僅在該變電站首次出現(xiàn),故將其他站同類保護裝置程序升級至最新版本,避免CPU單一器件出現(xiàn)異常時,保護誤動。

(2) 根據(jù)實驗室的試驗結(jié)果,溫度升高有可能導致內(nèi)部參數(shù)變化,因此將該型號變壓器保護的柜門換成帶孔洞的網(wǎng)門,另適當調(diào)低控制室空調(diào)溫度,保證保護裝置的運行環(huán)境溫度,從而改善了保護裝置的散熱性能,防止由于保護裝置內(nèi)部溫度過高,造成保護裝置不正常運行而誤動作。

2.5 改進后的運行效果

通過上述設計改進和相應的保護裝置反事故措施,該變電站變壓器差動保護裝置運行至今已有4年,未再出現(xiàn)過異常和誤動作。

3 結(jié)論

通過對某110 kV變壓器差動保護裝置誤動作原因的分析和設計改進,得出下列結(jié)論：

(1) 變壓器差動保護裝置誤動作是由設計缺陷引起的。

(2) 溫度升高會對變壓器差動保護裝置的內(nèi)部參數(shù)產(chǎn)生影響。

(3) 對變壓器差動保護裝置進行的設計改進和反事故措施是有效的。