220kV智能變電站故障錄波裝置頻繁死機問題分析

吳 潘 何 珊

(國網湖南省電力公司檢修公司 湖南 長沙 410000)

220kV智能變電站故障錄波裝置頻繁死機問題分析

吳 潘 何 珊

(國網湖南省電力公司檢修公司 湖南 長沙 410000)

智能變電站是電力系統的發展趨勢，高速鐵路是國家交通的發展趨勢，電能質量是電力系統穩定運行的基礎條件，電鐵負荷的急速增長及負荷波動較大的特殊性對電力系統的電能質量及設備安全運行產生了影響。本文結合智能變電站故障錄波裝置頻繁死機的實際問題，概述了電鐵負荷對智能變電站設備運行的影響，分析了引起設備異常情況的原因，提出了解決設備異常工況的建議。

智能變電站;錄波裝置;死機問題

一、引言

電鐵牽引變的型式，直接影響到電氣軌道注入電力系統負序(基波)電流的大小，對注入系統的諧波電流也有少量影響[1-2]。在常規變電站中，錄波器是標準配置的二次設備，而智能變電站的建設，尤其是在采用電子互感器、報文跳合閘等技術時，無疑給錄波器的配置、數據采集、數據應用等帶來了若于新問題。

近年來，結合IEC61850等標準的推進，新型錄波器的研究取得了很大進展，已提出應遵循統一的通信規約，如IEC61850，采用嵌入式系統設計，工程實踐要考慮二次回路、過程層網絡、交換機設備等情況，對數字保護、數字錄波器等智能電子裝置的數據綜合應用等[3-4]。本文結合當前智能變電站的實際運行工況，結合工程實踐，研究了電鐵負荷對智能變電站錄波裝置的影響，分析了問題產生的原因，提出了解決實際問題的方法[5]。

二、錄波數據的應用

在智能變電站中，信息的綜合應用是重點。如何利用錄波數據，對數據進行深度分析、處理及應用是一個值得深入研究的課題。

目前，數字錄波數據至少應該滿足常規錄波數據的應用要求，如故障性質分析、故障測距、保護動作分析等。在此基礎上，應當充分結合其他數據構建統一數據信息平臺，實現站端和調度端的狀態估計、三態數據分析等高級應用。如故障信息綜合分析決策，在事故或故障情況下，根據保護動作信息、錄波數據、遠動數據等各種信息，自動為調度員、運行值班人員提供一個事故分析報告并給出事故處理預案，便于迅速判定事故原因和應采取的措施。再如，保護異常情況下，通過IED告警信息，綜合判斷異常設備或異常環節。這需要對各類典型故障模式與機理進行全面系統的試驗分析，研究確認其特征狀態量，進行歸納推理，并在運行實踐中不斷豐富完善。

在開展數據深度利用的同時，還應開展數據的拓展應用，如保護裝置整組動作時間的測試，按常規就需要數字式保護試驗儀接收GOOSE報文來進行測試。這種測試方法需要保護調試人員對裝置的模型文件有深入的了解并對保護試驗儀進行配置才能進行測試，實現不方便。利用錄波器就可以對GOOSE報文進行監測，試驗不需要額外接線，不需要改變保護的光纖連接狀態，這不僅節省了試驗時間，還極大簡化了試驗流程，簡單、方便、快捷。

三、設備異常工況及異常分析

(一)異常工況。2016年3月5日，工作人員在220kV林海智能變電站二次專業巡視中發現“網絡報文與暫態故障分析裝置Ⅰ屏(ZH-3D，中元華電)”中，220kV故障錄波裝置A機不能手動啟動錄波，運行燈不閃爍(正常運行時運行燈閃爍)，且ZH-5N故障錄波管理機中顯示A網連接已中斷。各種異常工況顯示故障錄波裝置已死機。

現場檢查發現監控后臺主機頻發220kV故障錄波啟動信號。該啟動信號每秒頻發數次，且集中在某一時刻或某一時段，時間上具有周期性和階段性：每天上午8時左右，故障錄波開始頻繁啟動；每天晚上22時以后，故障錄波停止頻繁啟動。在220kV故障錄波管理機上，能查看到故障錄波裝置頻繁啟動的錄波文件，與監控后臺的啟動信號保持一致。

(二)異常分析

1、錄波裝置頻繁啟動，當工作人員現場查看時，錄波裝置也是一直在頻繁啟動，啟動原因為220kV林邊線負序電流越限。

2、查看220kV林邊線保護裝置，保護裝置中A、B、C三相電流不停變化，且三相電流不對稱；220kV林邊線為電鐵線路，對側為高鐵牽引變，當高鐵經過時，負荷電流變化較大。

3、初步判斷原因為：220kV林邊線負荷電流變化導致故障錄波裝置頻繁啟動，因智能站本身數據流量非常大，再加上錄波頻繁啟動可能使實時流量超過錄波裝置穩定運行裕度值，或是引起網絡風暴，使得故障錄波裝置死機，定義為緊急缺陷。

四、缺陷處理及原因分析

工作人員立即與運維人員聯系，申請重啟故障錄波A機，在取得調度值班員許可后進行重啟，裝置重啟后故障錄波A機恢復正常運行。故障錄波裝置數據業務量非常大，容易出現磁盤寫滿導致裝置死機的情況，將裝置斷電重啟是比較常見和有效的一種檢查處理方法。

(一)根本原因。220kV林邊線為電鐵線路，當白天高鐵運輸量大時，負荷電流不對稱且變化頻繁，引起該線路負序電流頻繁變化越限，并啟動錄波裝置。故障錄波裝置中，林邊線負序電流上限設定值為0.15A，而實際上該線路負序電流最大能達到0.185A。當每天22點以后，高鐵基本停運，則錄波不再啟動；至次日8時，高鐵恢復運行，則故障錄波開始頻繁啟動。以下為1分鐘內220kV林邊線保護裝置負荷電流變化情況(保護裝置型號為南瑞繼保PCS-902)。

(二)直接原因。錄波裝置的頻繁啟動，致使220kV A/B網中心交換機的數據實時流量均超過60%(見圖4中紅色數據部分)，最大時達到了64.30%。查閱中元華電ZH-3D裝置說明書，在“報文接入能力”中規定：按4000Hz采樣率估算時，CPU負荷≤25%(推薦使用的正常負載)≤40%(推薦使用的上限負載)≤60%(極限負載狀態)。錄波的頻繁啟動直接導致：1、在220kV A/B網中心交換機端口間產生網絡風暴；2、ZH-3D錄波裝置CPU長時間在極限負載狀態下運行。因此，ZH-3D錄波裝置出現死機現象。

(三)可能導致的其他問題。在NSARS512網絡報文分析裝置中，出現了“數據超限，流量過大”的告警信息，則錄波的頻繁啟動同樣有可能導致網絡報文分析裝置死機。

五、工作建議

(一)申請修改林邊線負序電流啟動定值。查閱“林海變220kV故障錄波裝置(101)定值通知單-繼字第13-0102號”發現，林邊線負序電流上限為0.15A(高于其他線路間隔的0.1A定值)，并且特別注明：“林邊線為電鐵線路，當電鐵經過時，負序電流上限值可達0.149A，為避免保護頻繁啟動，將該值進行調整。”該定值單為2013年1月4日下發。

隨著近幾年滬昆高鐵的通車和高鐵的飛速發展，林邊線的負荷電流隨之增大，負序電流也超過了2013年的上限值。因此，為減小電鐵負荷增長對系統安全穩定運行的影響，應向長沙電力調度控制中心繼電保護組提出申請，將林邊線的負序電流上限定值適當提高，避免錄波裝置的頻繁啟動，避免林海變的數據網絡出現網絡風暴或數據堵塞，保障林海變的安全穩定運行。

(二)對其他有電鐵線路出線的變電站開展二次專業專項排查

(1)電鐵經過時，是否會造成保護頻繁啟動或錄波頻繁啟動；(2)檢查母線二次電壓，電鐵經過時是否會造成母差保護中零負序電壓開放。

六、結論

智能變電站的建設發展非常迅速，很多技術問題需要探索和發現。電力設備的正常運行是電力系統安全穩定的基礎，智能變電站的數據流量非常大，對網絡與通信的要求非常高，因此保障間隔層及站控層網絡通信正常、保證較大的通信裕度對智能變電站的安全穩定運行意義重大。由于電鐵負荷的急速增長對電力系統造成了一定的沖擊，因此運維檢修人員應加強對變電站的安全巡視，在電鐵負荷高峰時段監測電力設備運行情況，消除所有安全隱患，保障設備正常運行。

[1]林海雪，周勝軍．電氣化鐵路的諧波標準問題[J]．中國電力，1999．

[2]電鐵牽引變電站接入電力系統諧波和負序分析．山西電力，2009．

吳潘(1984-)，男，碩士，工程師，研究方向：電力系統繼電保護。