基于變電站控制系統的電力系統事故原因分析及策略研究

王進虎，王 娜，楊 威，張 亮

(1.天津送變電工程有限公司，天津 300011；2.天津市電子信息技師學院，天津 300011)

近年來電力系統發展迅速，電力系統的規模日益擴大，尤其是特高壓直流及特高壓交流輸電技術的應用使系統的短路容量也在不斷加大，在某種程度上電力系統事故對電網的影響也在增大，由于連鎖反應導致大規模停電事故發生的幾率也在增大。目前，電力系統已由傳統型電力網絡發展為智能電網，目前隨著智能電網的建設，電力系統中已建成大量的智能變電站，并成為整個電力系統重要的組成部分，由于智能變電站的大量投入運行，其繼電保護的實現方式與傳統變電站存在巨大的差別，從而導致在電力系統事故分析時采用的方式方法也產生了實質性的變化[1-5]。本文主要根據電力系統中出現的變化，通過對大量典型電網事故的深入分析，總結電力系統事故分析及處理的策略，用以分析電力系統中的事故情況，并得出科學結論。

1 提取事故關鍵信息點

1.1 提取主接線方式

針對事故發生的電網系統，根據事故波及的范圍畫出簡要的主接線圖。該步驟主要是為了提取簡要的接線方式，便于找到相關的各個支路之間的關系及特點，掌握整個系統的基本情況，便于快速定位故障，同時方便在紙上做出相關的標記，減少分析中需要記憶的內容。該項應包含以下關鍵點。

a.畫出簡要主接線圖。提取故障中涉及的主要支路，應去除不重要的支路，畫出相關內容，以便簡化主接線。主要是包括線路、主變壓器(以下簡稱主變)、母聯開關、分段開關等。

b.確定支路運行方式。如果為雙母線接線，同時確定各支路所在的母線，將分屬于同一母線的支路畫在各自母線上。尤其要注意是不是存在支路隔離開關位置異常、母差電流輸入錯誤導致母差動作出現異常等情況。

c.標注各支路極性。將各支路的極性情況標注清楚，分類匯總相同極性的支路。如有分段、母聯間隔，需要特別注意分段、母聯的極性，一定要標注分段、母聯極性與哪個母線上的支路一致。

d.根據變壓器中性點運行方式確定母線運行方式。根據變壓器中性點的接地情況(主要包括直接接地、經間隙接地，經小電阻及經消弧線圈接地方式)確定母線的運行方式。

尤其要注意一段母線有中性點另一段沒有中性點、兩段通過母聯開關并列運行的情況。此時若母聯開關跳開會導致另一段母線失去中性點成為不接地系統。

e.確定是否存在小電源，考慮反送電情況。小電源包括風電、光伏、小機組、廠用自備電源、大容量電動機等。其中大容量電動機負荷反饋電壓會逐漸衰減至零，特征較為明顯。其他反送電時，電壓幅值較為穩定，不發生衰減。但比正常時的幅值要低，而且波形不是標準的正弦波，一般會帶有諧波[6]。該情況下一般需要配置故障解列裝置或者故障聯切小電源出口，以保證在故障發生后及時將小電源與大系統隔離，利于后續繼電保護裝置的正確動作。

f.考慮備自投運行方式。若有備自投要注意自投的運行狀態，是進線互投還是母分備自投。同時注意備自投的動作情況，若動作行為不正確，重點關注閉鎖自投開入及母線電壓是否下降至零，主要與(e)情況結合出現，由于母線電壓幅值較大，導致工作母線電壓不滿足備自投動作的條件，造成備自投不正確動作。

1.2 匯總裝置動作及斷路器動作情況

根據事故發生后變電站內的裝置動作情況及后臺報文記錄情況，提取裝置動作信息情況、斷路器動作的情況以及系統最終的運行方式，提取事故相關裝置的錄波數據[7-8]。本步驟主要是通過記錄主要裝置的動作及斷路器跳開的情況，大致確定故障的類型及所涉及的范圍，為下一步錄波圖的讀取做準備，在讀取錄波圖時有相應的關注重點。所提取的主要信息如下。

a.動作裝置的類型、順序以及監控后臺動作報文的信息。

b.通過上述信息基本確定故障的大致范圍及類型，確定分析錄波數據的重點。主要是確定重點分析哪個裝置的錄波，查看哪個裝置的動作報文。

c.斷路器跳開情況及跳開順序。重點記錄哪些斷路器跳開以及跳開的順序，標記處故障切除后最終系統運行方式。

d.關注未正確動作的保護，包括誤動和拒動的裝置。根據題干信息，重點記錄未正確動作的裝置類型，以便在后續錄波數據分析中詳細分析未正確動作的原因。

2 分析提取錄波文件關鍵數據

依據1.2節中所記錄的重點裝置，分別調取上述裝置的錄波數據，進行詳細記錄和分析。

2.1簡要記錄各動作裝置的動作信息時序

調取錄波數據后，在軟件中點擊開關量變化情況，會出現所有開關量的變位情況，篩選出重要的節點信息做好記錄。重要信息包括保護啟動時刻、保護動作、斷路器位置、重合閘動作、對側遠跳、溝通三跳、低氣壓閉鎖重合閘等。

2.2 記錄各裝置的電壓電流變化情況

根據上述變位信息的時刻，分析各時刻電壓電流的變化情況以及相應的特征，初步確定出故障的類型、持續時間及導致的后果，并在相應的時刻后作出記錄及適當的分析。在分析時注意一下幾點。

a.電壓電流的特征。據此推斷出故障類型及持續時間。

b.各支路電流電壓的大小相位關系確定故障大概位置類型。根據電壓的關系確定是否連接同一母線。根據各支路電路的相位及大小來確定故障的位置是區內還是區外。例如若是母線區內故障，連接在該母線上的各支路電流應該都是流入母線，應為同相位。若是區外故障，其中必有某支路電流與其他支路電流的相位相反,而且該支路電流幅值較大應為其他支路之和。也可通過軟件工具中的阻抗分析、向量分析模塊實現故障位置的判別，以此確定是區內故障還是區外故障以及大概的位置。

c.必要時可通過公式編輯器合成所需電氣量。錄波數據中有時存在漏項或殘缺，此時需要合成零序電流或者零序電壓等電氣量來輔助分析。

通過上述分析后要記錄相應的內容，記錄時要有一定的格式，包括時間、動作類型等內容。例如：

**線路故障錄波器時間：2019-10-11 11:04:22.111500

**主變故障錄波器時間：2019-10-11 11:04:25.234500

0 ms：石奧一線BC兩相電流變大且反向，電壓降低且幅值相等，相位相同，是A相電壓的一半左右，為區內故障，發生BC兩相短路故障。

26.8 ms：石奧一線RCS931保護動作跳閘母線保護二柜母差保護動作。

72.4 ms：石奧一線斷路器三相跳閘1號主變斷路器跳閘。

90.4 ms： 故障切除。

3 確定故障信息并分析動作行為

該步驟主要是結合主接線的方式、中性點接地方式、電壓電流變化情況、裝置動作情況等信息確定故障類型及位置。然后根據故障發生的位置及類型依據相應的保護配置分析保護應有的正確動作行為和斷路器應有的動作行為，根據上述的分析再和實際的保護裝置、斷路器的動作行為相比較，從而確定裝置、斷路器的動作行為是否正確合理。主要包括以下工作：

a.確定故障位置及類型。根據上述分析，再結合其他信息(裝置動作的報文，壓板狀態，最終運行方式等)，綜合確定故障類型及位置。

b.分析保護裝置、斷路器應有的正確動作行為及時序。根據故障情況，結合保護的配置情況，定值中的信息(保護功能投退情況，定值大小等)、裝置狀態(是否處于故障或告警狀態，例如TA斷線、TV斷線等情況)、合并單元、智能終端的狀態綜合分析，確定出保護應有的動作行為和時序。

c.實際動作情況與上述分析進行比較，確定異常行為。

根據上述分析，再次根據數據錄波報文分析電流電壓的情況，檢查是否與實際的故障特征相符合，逐一列出存在異常行為的保護裝置和斷路器等其他設備，注意各異常設備的潛在聯系。

4 查找相關異常原因及預防措施

造成動作行為異常的原因有很多種，通過分類總結主要有以下幾方面的因素：

a.TA、TV本體異常。TA異常主要包括TA飽和、TA兩繞組之間發生短路(兩組繞組電流反相)、變比錯誤、繞組組別接錯(保護測量混用、P級與TPY級混用)、直流電阻不平衡、組別選擇不當出現保護死區等。TV異常包括一次N未接地、出現鐵磁諧振、電壓過高TV飽和等。

b.交流二次回路異常。包括電壓電流回路，主要是電流回路造成異常居多。包括兩間隔電流接反、極性接反、ABC相序存在錯誤、二次回路短接、中性線虛接、兩點接地等。

c.裝置或定值異常。主要有裝置未處于正常工作狀態,例如重合閘、備自投未充電、裝置告警、裝置TV、TA斷線、交流插件異常、開入開出插件異常、插件端子短路燒毀、插件端子斷裂開路等。定值中主要有功能軟硬壓板未投入、檢修壓板投入、控制字未投入、定值大小不合理、方向指向不正確、重合閘方式不正確、跳閘出口矩陣設置錯誤、SV接收軟壓板未投入、GOOSE出口軟壓板未投入、GOOSE接收軟壓板未投入等。

d.直流二次回路(包括光纖回路)異常。包括母聯分列母聯互聯壓板投退錯誤、出口硬壓板未投、出口回路端子排連片未連接、出口相別接錯、主變出口高低壓側接反、直流控制電源消失、直流接地故障、交直流混電、光纖回路接錯、光纖損壞、光纖衰耗過大、交換機異常等。

e.斷路器本體異常。包括斷路器失靈、壓力低禁止操作、斷路器斷口擊穿、斷路器真空室爆炸、斷路器漏氣、斷路器未儲能、滅弧能力不足等。

f.SCD配置文件異常。主要是上述交流回路、直流回路異常在SCD的虛端子配置過程中出現的錯配、漏配、交換機VLAN配置錯誤等情況。

g.一次系統復雜故障或一、二次系統同時發生故障。有時需考慮一次系統出現了復雜故障、多點故障等少見的情況導致裝置動作出現異常。例如間歇性故障導致保護頻繁啟動不出口、一次線路先斷線后接地、主變低壓側短路導致主變內部絕緣損壞、功率倒向、發展性故障、絕緣擊穿等。

經過如上分析后，綜合各方面的信息再將故障動作時序記錄中的相關內容補充完整，包括保護是否正確動作、導致異常情況描述、導致異常的原因等。可形成完整報告如下所示。

**線路故障錄波器時間：2019-10-11 11:04:22.111500

**主變故障錄波器時間：2019-10-11 11:04:25.234500

0 ms：石奧一線BC兩相電流變大且反向，電壓降低且幅值相等、相位相同，是A相電壓的一半左右，為區內故障，發生BC兩相短路故障。

26.8 ms：石奧一線RCS931保護動作跳閘(正確動作)母線保護二柜母差保護動作(誤動)。

72.4 ms：石奧一線斷路器三相跳閘(其中B相跳閘根據故障電流切除推斷)1號主變斷路器跳閘(由110 kV母聯電流變化推斷)。

90.4 ms：故障切除。

根據上述分析，結合對現場實際情況的查看相結合，可基本確定電力系統中一次故障類型及位置，若繼電保護二次回路也存在相關的缺陷，也能根據現場具體的情況分析得出結論。現場人員可綜合分析一次故障情況及二次回路相關的問題，針對相應的缺陷提出有效的防范措施。

5 結束語

特高壓輸電及智能變電站的發展迅速，尤其是智能變電站的快速發展會對電力系統繼電保護的分析帶來顯著的影響。通過本文的闡述以及結合實際運行中相關事故的分析，提出了一整套繼電保護事故分析及處理的策略。本文所提供的方法為繼電保護人員分析電力系統事故提供了相關的思路和策略，為事故后續的處理和預防提供了參考。