王亮，李瑞，白雪婷

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001;2.昆明理工大學(xué)，云南昆明650504）

智能變電站合并單元相關(guān)問題引起保護誤動的研究

王亮1，李瑞1，白雪婷2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001;2.昆明理工大學(xué)，云南昆明650504）

近幾年，智能變電站在運行過程中，發(fā)生多起由于合并單元相關(guān)問題導(dǎo)致的保護誤動事件，對電網(wǎng)的運行造成一定影響。基于研究現(xiàn)階段智能變電站的保護配置，深入分析了多起智能變電站的保護誤動事件。研究表明：多起事件的發(fā)生是由于智能變電站部分合并單元工藝質(zhì)量和邏輯設(shè)計存在問題，現(xiàn)場調(diào)試、檢修和運維人員對于智能變電站二次系統(tǒng)的調(diào)試啟動、檢修機制和運維安措等方面技術(shù)掌握不到位導(dǎo)致的。針對此，提出了相應(yīng)的整改意見。

智能變電站；合并單元；誤動作；檢修機制

0 引言

早期試點的智能變電站過程層中采用“電子式互感器+合并單元”實現(xiàn)電壓和電流的采集[1]，由于電子式互感器在運行中存在性能不穩(wěn)定、可靠性差、故障率高等問題，后期投運的智能變電站過程層改用“傳統(tǒng)電磁式互感器+合并單元”方式進行采樣。近幾年的智能變電站運行中暴露出了智能電子設(shè)備制造廠家元器件選擇及工藝質(zhì)量控制不良、邏輯設(shè)計存在缺陷、廠內(nèi)參數(shù)設(shè)置錯誤和檢測把關(guān)不嚴(yán)等問題，投入智能變電站的部分合并單元為未經(jīng)國家電網(wǎng)公司檢測認(rèn)證合格的產(chǎn)品，出現(xiàn)了少數(shù)智能變電站的合并單元裝置異常與故障問題，甚至造成保護裝置誤動作或拒動作，對電網(wǎng)的安全運行造成影響。

1 智能變電站線路保護配置

1.1 合并單元簡介

合并單元作為過程層設(shè)備與間隔層智能電子設(shè)備間采樣數(shù)據(jù)的傳輸橋梁，其主要功能如下[2]：模擬量采集、開關(guān)量采集/同步功能、級聯(lián)功能、電壓切換（間隔合并單元）、電壓并列（母線合并單元）。

1.2 目前智能變電站的線路保護配置

《Q/GDW 383—2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》提出了智能變電站繼電保護應(yīng)遵循直接采樣、直接跳閘的原則。圖1為目前大量投運的220 kV及以上電壓等級雙母線接線的線路保護配置圖。線路的傳統(tǒng)電流互感器CT(current transformer)將電流通過電纜上傳給間隔合并單元，母線電壓由電壓互感器PT(potential transformer)通過電纜上傳給母線合并單元，然后點對點光纖級聯(lián)傳輸給間隔合并單元。間隔合并單元將采樣到的電壓、電流以點對點光纖直聯(lián)方式傳輸給保護裝置，保護與智能終端之間采用點對點直接跳閘方式，跨間隔信息（啟動母差失靈功能和母差保護動作發(fā)送遠跳功能）采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸[3,4]。

圖1 雙母線接線的線路保護配置

2 數(shù)起智能變電站停電事故分析

近期，智能變電站發(fā)生多起同合并單元相關(guān)的保護誤動事件，本文對3起典型案例展開分析。

2.1合并單元的工藝質(zhì)量與設(shè)計問題

某500 kV智能變電站繼電保護采用“傳統(tǒng)互感器+合并單元”的采樣模式。事件發(fā)生前，站內(nèi)主接線如圖2所示。2015年3月23日，在無操作、檢修和區(qū)內(nèi)外故障的情況下，500 kVⅠ母第二套母差保護動作，Ⅰ母5041、5051、5062開關(guān)均三相跳閘，甲線的第二套線路差動保護動作，5042開關(guān)A相跳閘后重合閘成功。

圖2 事故前站內(nèi)運行方式（案例一）

根據(jù)故障錄波裝置記錄，故障前，I母上各間隔電流約為0.03 A；發(fā)生異常情況時，5041支路第二套合并單元電流發(fā)生突變，達到0.72 A，滿足母線差動保護和甲線線路縱差保護條件，I母第二套母線保護和甲線第二套線路保護均誤動作。

檢查發(fā)現(xiàn)，5041第二套合并單元內(nèi)部A相小CT二次側(cè)管腳間歇性接觸不良，導(dǎo)致了小CT二次側(cè)開路，進而雙模擬數(shù)字信號轉(zhuǎn)換A/D（analog to digital）采樣數(shù)據(jù)異常。與此同時，合并單元并未輸出告警信號，并將異常數(shù)據(jù)傳送給保護，這違反了《Q／GDW 11015—2013模擬量輸入式合并單元檢測規(guī)范》中規(guī)定：合并單元應(yīng)能對裝置本身的硬件或通信方面的錯誤進行自檢，并能對自檢事件進行記錄；合并單元發(fā)生數(shù)字采樣通道故障時，輸出告警硬接點，界面告警指示燈點亮；采樣值數(shù)據(jù)無效，保證不誤輸出。

2.2 合并單元參數(shù)設(shè)置問題

2013年10月26日，某直流站外對1條500 kV線路在進行C相人工短路試驗，同時臨近的某500 kV智能變電站投運不到24 h，發(fā)生2號主變?nèi)齻?cè)5031、5032、222、662開關(guān)跳閘；220 kV側(cè)I母各間隔（母聯(lián)220和丙線開關(guān)）均跳閘；乙線線路兩側(cè)開關(guān)跳閘。事故發(fā)生前站內(nèi)運行方式如圖3所示。

圖3 事故前站內(nèi)運行方式（案例二）

調(diào)取故障錄波裝置記錄并分析。

a）2號主變中壓側(cè)電流波形比高壓側(cè)電流波形滯后1個周波（20ms），造成主變差動保護動作。

b）I母間隔（丙線、母聯(lián)）電流波形均滯后主變中壓側(cè)222開關(guān)1個周波，引起I母差動保護動作。

c）乙、丙線本側(cè)電流波形滯后對側(cè)1個周波，造成2條線路縱聯(lián)差動動作。

d）II母各間隔電流均同步（實際均滯后統(tǒng)一時標(biāo)1個周期），故II母差動保護未動作。

檢查發(fā)現(xiàn)，合并單元因廠商技術(shù)人員內(nèi)部軟件參數(shù)額定延時在出廠前設(shè)置錯誤，導(dǎo)致站內(nèi)合并單元采樣延時不同步，是本次事件中保護誤動作的直接原因。

傳統(tǒng)站的CT、PT輸出連續(xù)的模擬量，各支路模擬量之間本身同步。智能變電站“傳統(tǒng)互感器+合并單元”的直采模式下，CT、PT的數(shù)據(jù)采集模塊前移至合并單元，合并單元將數(shù)字信號通過光纖傳送給保護裝置。智能變電站采樣回路的同步主要涉及以下方面：同一間隔電流、電壓采樣之間同步；跨間隔、跨電壓等級的數(shù)據(jù)同步（變壓器三側(cè)電流、電壓的同步，母線保護）；線路縱差保護線路兩端的電流同步[3]。

合并單元對本間隔的電壓、電流進行同步，將數(shù)據(jù)以固定的延時發(fā)送給保護裝置。保護裝置在接收到每1個合并單元的數(shù)據(jù)后進行延時修正，修正之后各間隔的采樣起點近似相同[5]。因此，合并單元的額定延時的設(shè)置決定了保護裝置接收到的采樣數(shù)據(jù)在修正補償后是否能還原到同步狀態(tài)，也就影響著主變差動保護、母線差動保護和線路縱差保護的準(zhǔn)確性。

另外，現(xiàn)場調(diào)試人員的調(diào)試工作也存在疏忽，在出廠聯(lián)調(diào)期間的合并單元配置檢查和參數(shù)測試、現(xiàn)場一次設(shè)備升流試驗、站站之間的通道對調(diào)試驗和帶電啟動過程中的向量檢查工作都未能及早發(fā)現(xiàn)主變保護、母線保護和線路保護兩側(cè)存在的差動電流。

2.3 檢修、運維人員二次系統(tǒng)技術(shù)薄弱

2014年10月，某330 kV智能變電站實施2號主變及三側(cè)設(shè)備智能化改造工作期間，330 kV甲線、1號和3號主變運行，3320、3322開關(guān)及2號主變檢修。甲線11號桿塔發(fā)生A相異物短路后，甲線路本側(cè)雙套保護未動作，對側(cè)線路保護動作，單跳單重后動作三跳；1號、3號主變高壓側(cè)后備保護動作，跳開高、中、低三側(cè)開關(guān)。發(fā)生事故前，該站站內(nèi)運行方式如圖4所示。

事后研究發(fā)現(xiàn)，甲線2套線路保護未動作的原因是2號主變改造期間，運維人員根據(jù)工作票所列安全措施內(nèi)容，3320開關(guān)在停電檢修狀態(tài)，投入了3320開關(guān)合并單元“裝置檢修”壓板，但未將甲線2套保護裝置中的3320開關(guān)采樣數(shù)值SV（sampled value）接收軟壓板退出。此時3320開關(guān)2套保護裝置界面告警燈均點亮，分別顯示“合并單元SV檢修投入報警”和“CT檢修不一致”。

圖4 事故前站內(nèi)運行方式（案例三）

3/2接線的線路保護需采集2個合并單元的電流，線路保護中支路“SV接收軟壓板”控制了對應(yīng)合并單元的電流是否計入線路保護。圖5為檢修情況下的保護動作邏輯，當(dāng)3320合并單元裝置檢修壓板投入時，3320合并單元采樣數(shù)據(jù)為檢修狀態(tài)，甲線線路保護電流采樣無效，閉鎖相關(guān)電流保護，只有將保護裝置中3320支路的“SV接收”軟壓板退出，才能解除保護閉鎖。

圖5 檢修情況下的線路保護邏輯圖

現(xiàn)場檢修與運維人員沒有正確理解涉及多支路的智能變電站保護系統(tǒng)檢修機制，對保護裝置異常告警信息分析不到位，未及時退出2套保護裝置中的3320開關(guān)SV接收軟壓板，造成甲線線路保護閉鎖，無法跳開3321開關(guān)，進而事故擴大。

當(dāng)傳統(tǒng)變電站站內(nèi)遇到檢修工作時，可以通過在端子排處短接回路、打開硬壓板、斷開回路等電纜回路處理方式完成二次隔離。對于智能變電站，二次設(shè)備的安全隔離措施絕大多數(shù)需通過投退軟壓板的方式對虛端子進行隔離。軟壓板的投退策略對于智能變電站安全運行至關(guān)重要。能否針對全站虛端子設(shè)計和具體的檢修運行方式，制定正確、合理的投退二次設(shè)備軟壓板策略（包括檢修壓板、SV接受壓板、GOOSE接收壓板和GOOSE發(fā)送壓板等），對于確保智能變電站安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

3 存在問題總結(jié)

通過上述多起案例分析，得出現(xiàn)階段“傳統(tǒng)互感器+合并單元”方式下的智能變電站在運行中暴露出以下問題。

a）部分合并單元裝置內(nèi)部元器件的質(zhì)量和制造工藝有待提高；設(shè)計存在缺陷，如裝置有硬件故障時，應(yīng)能發(fā)出告警信號，并確保數(shù)據(jù)不誤輸出；廠商技術(shù)人員對參數(shù)設(shè)置有誤，尤其額定延時的設(shè)置影響保護裝置中電流、電壓的同步程度。

b）調(diào)試人員的調(diào)試工作存在漏洞。沒有在出廠聯(lián)調(diào)工作中認(rèn)真核查合并單元額定延時參數(shù)的正確性；一次設(shè)備升流試驗、通道對調(diào)試驗和帶電啟動過程中的向量檢查工作不夠完善。

c）現(xiàn)場運維和檢修人員對智能變電站的涉及多支路的檢修機制和保護裝置異常告警信息的理解不到位，對二次設(shè)備軟壓板的投退策略掌握不足；缺乏在智能變電站改建擴建、組件升級和智能化改造過程中的規(guī)范安措。

4 整改意見

“傳統(tǒng)互感器+合并單元”方式下的智能變電站在運行中存在部分問題，引起了數(shù)起保護誤動事件。本文提出以下整改意見。

a）在合并單元制造環(huán)節(jié)，設(shè)備廠商作為質(zhì)量主體，應(yīng)強化質(zhì)量意識，提供檢測合格的智能二次設(shè)備產(chǎn)品，嚴(yán)控出廠檢測標(biāo)準(zhǔn)和工藝，從源頭確保產(chǎn)品質(zhì)量。

b）管理單位要切實加強合并單元、智能終端等關(guān)鍵智能二次設(shè)備的質(zhì)量管控，全面開展合并單元核查工作；嚴(yán)格對照國家電網(wǎng)公司專業(yè)檢測公告，核實電網(wǎng)運行的設(shè)備與通過專業(yè)檢測產(chǎn)品的一致性，堅決杜絕不合格產(chǎn)品進入電網(wǎng)運行。

c）制定針對性的調(diào)試大綱和符合現(xiàn)場實際的典型安措；細(xì)化智能設(shè)備報文、信號、壓板等運維檢修和異常處置說明；規(guī)范智能變電站改造、升級和驗收的工作標(biāo)準(zhǔn)；對檢修和運維人員在智能變電站二次設(shè)備裝置、保護原理、檢修機制和故障處置等方面開展有效的技術(shù)培訓(xùn)。

[1]李寶偉,倪傳坤,唐艷梅.智能變電站組網(wǎng)傳輸采樣值光纖差動保護同步方案研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2013,41 (9):142-147.

[2]曹團結(jié),黃國方.智能變電站繼電保護技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2013.

[3]倪兆瑞,王延安.智能變電站合并單元延時特性現(xiàn)場測試儀的設(shè)計[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2014,42(10):119-124.

[4]馮軍.智能變電站原理及測試技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2011.

[5]李文正,李寶偉,倪傳坤.智能變電站光纖差動保護同步方案研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2012,40(16):136-140.

Study on Relay Protection Malfunction Caused by Related Issues of Merge Unit in Smart Substations

WANG Liang1,LI Rui1,BAI Xueting2
（1.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 2.Kunming University of Science and Technology,Kunming,Yunnan 650504,China）

Faults of relay protection malfunction occurred several times during the operation process of smart substations recently, which has great influences on power grid.Based on the research of protection configuration of smart substation,the paper,analyzed several events of relay protection malfunction in smart substations.Investigations show that the accidents were imputed to poor quality of merge units and defect of logic design.In addition,commissioning and maintenance staffs deserve the blame for the faults due to their skills not coming up to standard.In view of the problems,corresponding suggestions were put forward ultimately.

smart substation;merge unit;malfunction;maintenance system

TM77

A

1671-0320（2017）01-0006-04

2016-08-11，

2016-10-09

王亮（1989），男，山西呂梁人，2014年畢業(yè)于華北電力大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，碩士，助理工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護試驗與研究工作；李瑞（1981），男，山西臨汾人，2012年畢業(yè)于太原理工大學(xué)機械設(shè)計及理論專業(yè)，博士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護試驗與研究工作；白雪婷（1997），女，山西太原人，昆明理工大學(xué)2015級自動化專業(yè)在讀。