淺析GPS對時系統在電力系統故障分析中的應用

余志生，張曉馳

（銅陵有色銅冠冶化分公司，安徽 銅陵 244000）

在電力系統中，由于電網的互通以及繼電保護裝置的靈敏度，經常使得單臺設備的故障引發大范圍的跳停，這種時候就需要存在一個統一的、高精度的時間基準。電力系統有了統一時鐘，就可以通過開關動作的先后次序或者信號的精確時間及變化順序來分析故障的原因和過程，因此利用GPS衛星對時裝置實現時鐘統一是保證電力系統安全運行、提高運行水平的一個重要措施。此外，GPS中的衛星同步時鐘系統因具有授時精度高、范圍廣、可靠性高、覆蓋面廣、全天候且不受外界各種干擾等諸多優點，促使它在電力系統中能夠得到廣泛的應用，逐漸得到人們的重視。本文分析一起由故障跳閘引起生產設備相繼跳閘的故障案例，體現GPS對時系統在故障分析的應用價值和重要性。

1 GPS對時系統簡介

GPS對時系統主要由GPS接收機、高精度OCXO或銣鐘、本地同步校準單元、測查單元、誤差處理及控制結構和輸入輸出這幾部分組成。GPS對時系統主要分為硬對時、軟對時和編碼對時三種對時方式。硬對時一般用分對時或者秒對時，分對時將秒清零，秒對時將毫秒清零，秒對時精度要高于分對時；軟對時是以通訊報文的方式實現的，這個時間是包括年、月、日、時、分、秒、毫秒在內的完整時間；編碼對時目前常用的為IRIG-B對時，可以看作一種綜合對時方案。為提高精度，實際中一般采用硬對時和軟對時相結合的方式，即裝置通過通訊報文獲取年月日時分秒信息，同時通過脈沖信號精確到ms、us。GPS對時系統不僅與各保護裝置及自動化設備有著密切的聯系，還對于電力系統的故障和操作分析起著重要作用，采用GPS對時系統是保證電力系統安全運行、提高運行水平的一個重要措施。GPS對時系統應用于電力系統中有助于分析電力系統故障與操作時各種裝置動作情況及系統行為，搞清故障的起因和發展過程，精確實現電力系統中的SOE（事件順序記錄）功能。

2 故障經過

某年8月1日18時43分，某工廠變電所 總降值班室微機保護后臺顯示1#爐底風機故障保護動作跳閘、硫酸II期2#、3#循環水泵、1#空壓機（10kV，937kW）、1期SO2風機、II期吸收塔2#循環泵等10kV設備相繼跳閘；隨即調度電話告知球團區域、硫酸區域現場大面積失電，硫酸10kV配電室內有焦糊味；專業技術人員趕到現場后，查看微機保護裝置及后臺信號并對故障跳閘設備檢查并初步分析原因后，于7時30分許逐步恢復對現場送電。

3 故障原因分析

采用GPS對時系統，從微機保護后臺顯示可以清晰看出故障跳電信號產生的時間先后，如下圖1所示。

表中信號時間即為故障動作時間，從上表中可以看到主要故障動作設備次序為：首先硫酸站1#空壓機（零序動作、1段過流BC相），其次硫酸站聯絡柜（1段過流BC相），然后硫酸站電容器等（低電壓），再到發電站1#爐底風機（1段過流A相、零序動作）。分析動作信號及現場勘查可知，首先發生故障的是硫酸站1#空壓機，線路或者電機首先發生單相接地，隨后是兩相同時接地并導致短路。該短路電流在1s時間內迅速積聚達到約16000A導致硫酸站聯絡開關速斷保護動作跳閘。由于硫酸站單進線（2#進線柜）運行，在母聯斷開后1段母線所載設備失電跳閘（低電壓）；同時，在BC相接地短路發生的瞬間，10kV系統BC相電壓降至0，A相電壓抬高至1.7倍相電壓左右，由于此時發電站1#爐底風機在滿負荷狀態，電機內部絕緣薄弱處對電壓升高較為敏感，從而導致了該風機電機A相對地絕緣失效并產生了較大的接地電流（A相速斷動作3300A、零序動作）。球團10kV設備無故障跳閘信號，判斷該區域失電應為低壓開關帶欠壓脫扣跳電所致。

圖1 微機保護后臺顯示故障跳電信號截圖

圖2 故障電路圖

故障電路圖如下圖2所示。

故障發生后，隨即聯系電氣檢測部門對故障電機進行絕緣、直流電阻測試。測試結果顯示1#爐底風機相地絕緣為零，打開機蓋發現電機A相定子繞組固定頭爆裂，現已經返廠維修。本次故障中，由于GPS對時功能的存在，可以由故障記錄確定，1#空壓機故障在前，1#爐底風機在后，因此重點檢查1#空壓機及其線路。1#空壓機本體檢測結果正常；出線柜檢測結果正常，檢查微機保護整定值設置正確，微機保護動作信號正常；軟啟動柜內有拉弧放電痕跡，可控硅模塊已炸裂。因此可以推斷：軟啟動裝置帶壓線圈接頭連接線單相接地引起弧光閃絡（零序1段），由于三相連接線間距較短且連接線積灰較多，在閃絡瞬間引起兩相接地短路（BC相短路，短路電流2000A）。

4 總結

本次故障前后共有兩臺設備發生接地故障，依靠GPS對時系統的精確記錄，才可以準確判斷出誰是原發性故障，誰是繼發性故障，從而為后續的故障處理提供理論依據。在電力系統運行過程中，電網的運行狀態瞬息萬變，為保證電網安全和經濟運行，以計算機技術和通信技術為基礎的自動化裝置被人們廣泛使用。隨著自動化水平的不斷提高，GPS對時系統對電力系統起著必不可少的作用，可實現全站各系統在統一時間基準下運行的監控。本文章通過對故障跳閘故障的分析研究，表明可以利用GPS對時系統通過各開關動作的先后順序來分析故障的原因和發展過程。GPS對時系統在電力系統中的廣泛應用促進了電力系統安全、可靠、穩定的運行，具有良好的發展前景。