一起10 kV線路保護誤動事件分析

梁永欣，武冬冬，宋玉鋒，馬鏞湛

(國網晉城供電公司，山西 晉城 048000)

0 引言

目前，智能電網在我國正處于大規模建設階段，一大批融合了新技術的智能二次設備相繼投入電網運行，二次設備質量的參差不齊影響了繼電保護的可靠動作。10 kV線路保護誤動，對于10 kV電網來說是重大安全隱患，而山西晉城地區10 kV電網負荷多為煤礦企業，因其開采空間和煤層結構的特殊性[1]，如果供電安全可靠性得不到保障就會引發嚴重的安全事故，因此，必須加強對10 kV線路保護的運行管理，防止保護誤動發生。

1 事件概況

2013-05-05，國網晉城供電公司運行人員發現晉城地區某110 kV智能變電站10 kV備用線867線路保護頻繁告警，告警內容為線路保護過流Ⅰ段動作。由于當時該間隔處于冷備狀態，因此未造成負荷損失。保護動作前，該110 kV智能變電站接線方式如圖1所示。110 kV設備為擴大內橋接線，進線134，135分列運行，分別帶#3，#2主變壓器所有負荷，10 kV Ⅲ段、Ⅱ段母線分列運行。10 kV備用867間隔為10 kV Ⅲ段母線上的備用間隔，一次回路未接任何出線，采用小車開關且處于試驗位置，斷路器為分位。

圖1 保護動作前系統接線

2 事件檢查

(1)確認事件發生前867線路保護、其他間隔保護裝置以及直流電源系統等是否存在異常告警現象。調閱了事件發生前該智能變電站內的后臺監控記錄，事件發生前該110 kV智能變電站867線路保護及其余二次設備未有告警等其他異常信號。

(2)檢查867間隔檢修及工作記錄。該110 kV智能變電站投運尚不足1年，從其投產驗收記錄查到：該線路保護功能試驗及回路檢查未發現異常，設備檢驗合格。從相關工作記錄查到：867間隔投運以來未進行過任何檢修工作。

(3)檢查867線路保護裝置及其二次回路。現場發現該保護裝置過流動作指示燈亮，表明過流保護已動作。檢查電流回路未見異常，且不可能存在外部故障電流，確認此次保護動作為誤動。從2013年5月5日開始，保護裝置的事件記錄共計40條(該類型保護總共可以儲存40條報文)，均為過流I段動作，其故障相為B相，電流從4 A到17 A不等(過流I段定值為3 A)。

(4)從保護裝置導出故障錄波文件。現場采用與該系列保護裝置相配套的軟件，將裝置故障錄波文件復制到筆記本電腦中，以備進一步分析誤動原因。

3 原因分析及查找

既然現場已經確定保護裝置不存在外部電流，保護誤動的原因分析就應該從保護裝置自身的工作過程入手。

3.1 錄波圖分析

圖2為此次過流I段動作出口時的錄波圖之一，從圖2可以看出，保護電流B相疊加了類似直流的波形，Ib在-5 ms及之前已經為-35 A左右，到-4 ms時突變為15 A左右，該錄波分析軟件的信息查詢顯示故障電流為5.465 A，大于定值3 A(時限為0 ms)，完全滿足了保護的動作條件，導致過流I段保護誤動。結合實際B相無電流，且故障電流均出現在B相的情況，初步懷疑867線路保護裝置的B相電流采樣有問題。

圖2 保護誤動錄波圖

針對上述現象查閱相關資料，發現由于采樣數據異常導致保護誤動的事故在電網中時有發生[2]。如某供電公司500 kV保北站處于冷備用狀態的220 kV旁路保護因AD654芯片故障,使Ib采樣成為-2.6 A左右的直流分量,最終導致振蕩中Ⅰ段誤動作。

盡管數據異常導致保護誤動的幾率很小，但微機型保護若無其他措施，理論上存在因出現“壞數據”而導致保護不正確動作的可能。因此，不排除此次備用867間隔過流I段誤動的原因就是B相電流采樣異常，需進一步查找導致裝置采樣異常的硬件、軟件方面的原因。

3.2 采樣異常的原因分析[3-5]

(1)保護裝置外部的原因。如故障、沖擊負荷、直流操作等產生的高次諧波，當微機保護裝置的濾波器不能有效濾除其影響時，正巧被A/D采到，但此次誤動顯然已經排除了這種可能。

(2)保護裝置本身的原因。如數據采集系統的某個芯片故障，導致相關通道采集的數據錯誤；數據采集系統的電源發生故障，各個通道的采集都不正確；受到較大的外部干擾時，由于裝置本身的設計原因，沒有很好地加以防護；由于器件自身的質量問題，使得數據采集系統“噪聲”過大而產生壞數據。結合此次過流I段頻繁動作、異常數據都為B相電流以及之前全站無異常告警的現象，可以排除數據系統電源故障，因為如果是數據采集系統的電源故障，會導致各個模擬量通道的數據采集都不正確。因此，裝置內部某個芯片存在故障或器件自身質量問題導致“壞數據”的可能性較大。

3.3 保護誤動原因查找

由于三相保護電流都是由同一片AD芯片采集到的，而實際只有B相有異常，由此可初步排除AD芯片損壞，問題最可能出在AD前端，這中間包括了CPU板的一部分、母板和AC插件的一部分。將CPU板寄回廠家，對AD回路相關部分進行X光檢測，未發現有虛接的問題(虛接會導致AD芯片采到的電壓不穩，產生類似于圖2的波形)。

拔出AC插件進行檢查，發現安裝導軌與實際要求不符，AC插件和母板端子未可靠插緊。由于B相保護電流的接線端子布線正位于端子靠右側的第一路，受影響最大，從而造成B相電流進入AD芯片的模擬量懸空，形成浮空電壓；浮空電壓產生了圖2所示的類似直流波形，最終導致線路保護誤動作。

4 存在的問題及防范措施

(1)通過對此次誤動事件的分析，發現目前某些二次設備生產廠家生產工藝較差，而微機繼電保護裝置本身屬于電子產品，其質量穩定性不僅取決于設計的合理性及元器件的性能,而且與整個制造過程及工藝手段有很大的關系。建議保護裝置生產廠家加強對產品加工環節的質量控制，避免同類事件再次發生。

(2)采樣異常后，該線路保護缺乏必要的防止誤動的措施。筆者在另一座110 kV智能變電站中也曾遇到過類似情況，當時是主變壓器中壓側合并單元的交流插件未插緊，但主變壓器保護自動判別為零飄越限，隨后閉鎖保護，從而避免了誤動的發生，而從錄波器上截取的波形也與此次誤動事件類似。因此，建議微機繼電保護裝置無論從硬件電路設計、元器件選擇、數字濾波設置，還是軟件算法選擇、編程技巧等環節都應采取有針對性的防范措施,做到不因自身原因產生壞數據、不引入壞數據、不使用壞數據、不因壞數據導致不正確動作。

(3)這類設備缺陷在正常運行中是很難提前被發現的，需要二次檢修人員在日常運行維護中有足夠的技術敏感性，對出現的保護異常信號、頻繁動作等予以足夠的重視，問題的原因要一查到底，只有這樣才能最大限度地保證繼電保護動作的準確性，使之真正成為電網可信賴的安全衛士。

參考文獻：

[1]包小桃,夏葵.分析提高煤礦供電安全可靠性綜合措施研究[J].中小企業管理與科技,2012(10):119-120.

[2]常風然,趙自剛,周紀錄，等.微機保護采樣數據異常問題的分析與對策[J].繼電器,2005,33(1):77-79.

[3]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，1997.

[4]劉群，曹凱麗，武慧霞，等.微機變壓器保護典型設計介紹[J].電力自動化設備，2001,21(9):35-37.

[5]肖洪，丁磊，王瑞.微機主變壓器保護研究[J].電力自動化設備，2005,25(11)：48-50.