110 kV變壓器差動保護(hù)誤動作分析與改進(jìn)

楊 靜，劉叢洲，夏 超，張時敏，孫東杰，湯大海

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

0 引言

智能變電站運(yùn)行過程中,由于智能化繼電保護(hù)裝置設(shè)計不完善,現(xiàn)場工作人員對智能化保護(hù)裝置有關(guān)基礎(chǔ)知識和運(yùn)行維護(hù)手段掌握不夠,時而會發(fā)生智能化繼電保護(hù)裝置誤動作故障。鎮(zhèn)江電網(wǎng)就出現(xiàn)了一起110 kV某變電站因智能化繼電保護(hù)裝置廠家設(shè)計不完善導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)誤動作的案例。通過對該變壓器差動保護(hù)動作行為進(jìn)行分析,提出了相應(yīng)的設(shè)計改進(jìn)措施及反事故措施建議。

1 事故經(jīng)過及繼電保護(hù)動作情況

1.1 事故前系統(tǒng)的運(yùn)行方式

事故前系統(tǒng)的一次運(yùn)行方式如圖1所示,該變電站為單母線分段接線,110 kVⅠ段和110 kVⅡ段母線,兩路電源分別經(jīng)1,2號變壓器供給。

圖1 事故前的變電站主接線

1.2 事件描述

2016-10-31T08：38：33.607,鎮(zhèn) 江 電 網(wǎng) 某110 kV變電站1號變壓器iPACS-5941D差動保護(hù)裝置B相動作,各側(cè)開關(guān)跳開后,保護(hù)裝置比率差動B相動作返回。保護(hù)裝置型號為iPACS-5941D_D121185；合并單元、智能終端廠家：上海思源弘瑞。

2016-10-30,該變電站變壓器差動保護(hù)不斷發(fā)出差動保護(hù)差流異常信號。12：55：38：515,差動保護(hù)差流異常,0→1；23：16：10.836,差動保護(hù)差流異常,1→0；23：16：20.830,差動保護(hù)差流異常,0→1；23：20：12.139,差動保護(hù)差流異常,1→0。

一直不停的反復(fù)變位,直到2016-10-31T05：57：41.528,差動保護(hù)差流異常,0→1；08：38：33.607,保護(hù)DSP (數(shù)字信號處理芯片)啟動,B相差動電流0.5Ie(Ie為主變高壓側(cè)額定電流,本案例為0.875 A）比率差動B相元件13 ms動作,差動保護(hù)裝置動作跳開各側(cè)開關(guān)后,差動保護(hù)差流異常告警消失。

2 故障波形及保護(hù)動作行為分析

1號變壓器差動保護(hù)動作跳閘后,工作人員到達(dá)現(xiàn)場,對變壓器各電氣部分進(jìn)行了故障點(diǎn)查找,并未發(fā)現(xiàn)該變壓器有明顯故障現(xiàn)象；調(diào)取了該變壓器保護(hù)故障錄波,并未發(fā)現(xiàn)有短路電流,只有負(fù)荷電流。通過分析,判斷這是一起變壓器差動保護(hù)誤動作,要求變壓器差動保護(hù)裝置制造廠家一同分析。

2.1 保護(hù)裝置動作波形分析

從該保護(hù)裝置錄波波形可以看出,高壓側(cè)電流原始采樣瞬時數(shù)據(jù)不再變化,近似于0,低壓側(cè)電流原始采樣數(shù)據(jù)正常為正弦波,導(dǎo)致產(chǎn)生差流,T1～T2期間,僅B相差流剛好大于差流啟動定值0.5Ie,正是因為高壓側(cè)原始采樣數(shù)據(jù)異常,導(dǎo)致了保護(hù)裝置保護(hù)DSP啟動及動作跳閘。

2.2 變壓器差動保護(hù)裝置動作行為分析

2.2.1 初步分析

根據(jù)對上述保護(hù)裝置錄波的具體分析和事件發(fā)生前后的所有事件記錄分析,得出以下可能的原因：

(1) 差動保護(hù)跳閘出口原因。裝置保護(hù)DSP采集到的高壓側(cè)采樣數(shù)據(jù)存在異常,數(shù)據(jù)持續(xù)異常后致使裝置計算出來的差動電流進(jìn)入了動作區(qū),保護(hù)比率差動保護(hù)元件動作。

(2) 高壓側(cè)異常采樣數(shù)據(jù)來源可能性分析。高壓側(cè)合并單元(merging unit,MU)發(fā)送了異常采樣數(shù)據(jù),或保護(hù)裝置自己產(chǎn)生了異常采樣數(shù)據(jù)。

2.2.2 試驗驗證

現(xiàn)場針對數(shù)據(jù)異常發(fā)生的可能性進(jìn)行了以下試驗驗證：

(1) 事件發(fā)生后在差動保護(hù)裝置未斷電的情況下,通過在高壓側(cè)MU持續(xù)施加電流,發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)保護(hù)采樣值始終為0,啟動采樣值正常；對保護(hù)高壓側(cè)接收光纖進(jìn)行抓包,結(jié)果顯示外部數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)正常。

(2) 用變壓器差動保護(hù)制造廠家調(diào)試軟件查看裝置內(nèi)部標(biāo)記,并無數(shù)據(jù)異常,查看原始采樣數(shù)據(jù),原始采樣數(shù)據(jù)是不斷變化的,但用于保護(hù)計算的采樣數(shù)據(jù)與錄波中顯示的數(shù)據(jù)一致。逐步查看內(nèi)部標(biāo)記,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存儲的固定參數(shù)被改寫,有一個bit (二進(jìn)制信息最小單位)從0變成1,導(dǎo)致用于保護(hù)計算的高壓側(cè)采樣數(shù)據(jù)不再更新,從而產(chǎn)生了差流。因此,裝置不斷電的情況下,利用調(diào)試工具,將異常的bit進(jìn)行了1→0的調(diào)整,之后高壓側(cè)保護(hù)采樣恢復(fù)正常,裝置運(yùn)行正常。

為確定固定參數(shù)由0變成1的原因,將板件拿回變壓器差動保護(hù)制造廠家后,進(jìn)一步做各種實驗,在溫度快速升高時復(fù)現(xiàn)了該現(xiàn)象。

(3) 從保護(hù)裝置內(nèi)部錄波標(biāo)記可看出,差動保護(hù)裝置的保護(hù)數(shù)字信號處理(digital signal processing, DSP)啟動時,本該啟動的DSP元件并未啟動,可以確認(rèn)當(dāng)時兩路A/D (模數(shù)轉(zhuǎn)換)數(shù)據(jù)存在不一致。裝置對MU原始采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行了雙A/D不一致校驗、異常大數(shù)據(jù)校驗和異常直流校驗,但因為達(dá)不到雙A/D異常判據(jù)門檻0.2In(In為電流互感器二次額定電流,本案例為5 A,0.2In為1 A,0.5Ie＜0.2In),故保護(hù)DSP并未判出雙A/D不一致,未能報告數(shù)據(jù)異常閉鎖差動保護(hù)。

2.2.3 原因分析

現(xiàn)場裝置為2015年5月投運(yùn),當(dāng)時變壓器差動保護(hù)制造廠家的設(shè)計方案是保護(hù)裝置內(nèi)部分為啟動DSP和保護(hù)DSP,分別獨(dú)立處理MU發(fā)送來的雙路A/D采樣數(shù)據(jù),啟動DSP向智能終端發(fā)送啟動GOOSE (面向通用對象的變電站事件,用于傳輸保護(hù)與智能終端之間的信息)命令,保護(hù)DSP向智能終端發(fā)送跳閘GOOSE命令,這兩條命令各自獨(dú)立,智能終端必須同時接受到GOOSE啟動和GOOSE跳閘命令時才能跳閘出口。由于兩路GOOSE命令是根據(jù)雙A/D通道采樣數(shù)據(jù),由不同DSP獨(dú)立進(jìn)行判別,當(dāng)雙A/D不一致時,即使一路A/D異常達(dá)到動作條件,該廠家的智能終端裝置也不會出口。但本站使用的是思源弘瑞的智能終端沒有關(guān)聯(lián)啟動GOOSE,也就沒有獨(dú)立啟動元件,造成了本次動作行為異常。

2.3 設(shè)計改進(jìn)

針對上述造成變壓器差動保護(hù)這種誤動作的原因,該廠家進(jìn)行了設(shè)計改進(jìn)：

(1) 最新的保護(hù)裝置程序所有GOOSE跳閘信號均需經(jīng)啟動DSP啟動才能開放,智能終端只需要關(guān)聯(lián)跳閘GOOSE,不再需要關(guān)聯(lián)啟動GOOSE。

(2) 增加了獨(dú)立的啟動元件,獨(dú)立的啟動元件啟動才能開放保護(hù)裝置的跳閘電源。

2.4 反事故措施

為防止同類型變壓器差動保護(hù)出現(xiàn)誤動作,鎮(zhèn)江電網(wǎng)實施了以下反事故措施：

(1) 差動保護(hù)裝置更換中央處理器(central processing unit,CPU)板件,保護(hù)裝置程序升級至最新版本。由于內(nèi)部存儲的固定參數(shù)被改寫,使讀取狀態(tài)出現(xiàn)異常,僅在該變電站首次出現(xiàn),故將其他站同類保護(hù)裝置程序升級至最新版本,避免CPU單一器件出現(xiàn)異常時,保護(hù)誤動。

(2) 根據(jù)實驗室的試驗結(jié)果,溫度升高有可能導(dǎo)致內(nèi)部參數(shù)變化,因此將該型號變壓器保護(hù)的柜門換成帶孔洞的網(wǎng)門,另適當(dāng)調(diào)低控制室空調(diào)溫度,保證保護(hù)裝置的運(yùn)行環(huán)境溫度,從而改善了保護(hù)裝置的散熱性能,防止由于保護(hù)裝置內(nèi)部溫度過高,造成保護(hù)裝置不正常運(yùn)行而誤動作。

2.5 改進(jìn)后的運(yùn)行效果

通過上述設(shè)計改進(jìn)和相應(yīng)的保護(hù)裝置反事故措施,該變電站變壓器差動保護(hù)裝置運(yùn)行至今已有4年,未再出現(xiàn)過異常和誤動作。

3 結(jié)論

通過對某110 kV變壓器差動保護(hù)裝置誤動作原因的分析和設(shè)計改進(jìn),得出下列結(jié)論：

(1) 變壓器差動保護(hù)裝置誤動作是由設(shè)計缺陷引起的。

(2) 溫度升高會對變壓器差動保護(hù)裝置的內(nèi)部參數(shù)產(chǎn)生影響。

(3) 對變壓器差動保護(hù)裝置進(jìn)行的設(shè)計改進(jìn)和反事故措施是有效的。