繼電保護(hù)裝置缺陷分析及提高運行水平的建議

1、2006年4月第7卷第4期電力設(shè)備El ectri ca l Equi p m entAp r 12006Vo l . 7No. 4繼電保護(hù)裝置缺陷分析及提高運行水平的建議何世恩1, 李成學(xué)2, 漆柏林3, 劉峻4(1. 甘肅省電力公司調(diào)度通信中心, 甘肅省蘭州市730050; 2. 蘭州供電公司, 甘肅省蘭州市3. 白銀供電公司, 甘肅省白銀市730900; 4. , 摘要:根據(jù)甘肅電網(wǎng)近幾年來220k V , 的缺陷進(jìn)行了分類分析, 如裝置算法、裝置軟件、, 并對提高繼電保護(hù)裝置的運行水平提出了技術(shù)措施, , 采用繼電保護(hù)數(shù)字仿真試驗系統(tǒng)等。關(guān)鍵詞:繼電保護(hù)裝置; ; ; 中圖分類號:0引

2、言我國220、330k V 系統(tǒng)全部線路保護(hù)已實現(xiàn)微機(jī)化, 系統(tǒng)元件保護(hù)多數(shù)也已實現(xiàn)微機(jī)化, 其中主流微機(jī)保護(hù)裝置絕大多數(shù)采用國產(chǎn)產(chǎn)品。新建和技改項目中繼電保護(hù)設(shè)計及配置均符合國家標(biāo)準(zhǔn), 并嚴(yán)格執(zhí)行繼電保護(hù)反事故措施, 大幅度提高了繼電保護(hù)的正確動作率。20002004年220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)正確動作率分別為97. 26%、98. 27%、99. 52%、99. 32%、99. 63%。雖然, 繼電保護(hù)正確動作率在逐步提高, 但繼電保護(hù)不正確動作仍然存在, 歸納起來主要有2個方面的原因:繼電保護(hù)裝置安裝調(diào)試不良及運行管理不到位, 包括設(shè)計、安裝、調(diào)試、檢驗維護(hù)等環(huán)節(jié)存在的問題; 繼電

3、保護(hù)裝置本身缺陷造成不正確動作。近幾年, 甘肅電網(wǎng)220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)全部不正確動作中, 由于繼電保護(hù)裝置本身缺陷造成的不正確動作約占到220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)全部不正確動作次數(shù)的一半。與全國近幾年的情況基本相同, 2003年全國運行中的220k V 及以上系統(tǒng)因制造部門責(zé)任造成保護(hù)不正確動作的占220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)不正確動作的46. 15%1。因此, 為了提高繼電保護(hù)裝置的正確動作率, 對所有繼電保護(hù)不正確動作加以詳細(xì)分析, 找出原因, 采取措施是非常必要的。1繼電保護(hù)不正確動作實例分析 繼電保護(hù)裝置的不正確動作原因很多, 按責(zé)任分有運行維護(hù)管理部門的責(zé)任,

4、主要包括運行維護(hù)不良、誤碰、誤接線、誤操作、誤整定、調(diào)試質(zhì)量不良等; 有制造部門的責(zé)任, 主要有制造質(zhì)量不良(又可分為硬件損壞、光耦損壞、插件問題及電源問題 、原理缺陷及軟件問題等; 基建部門的責(zé)任, 主要有調(diào)試質(zhì)量不良、誤整定、誤接線、誤碰等; 設(shè)計部門的責(zé)任, 主要有設(shè)計不合理、設(shè)計接線錯誤等; 還有其他部門的責(zé)任及不明原因等。運行管理部門責(zé)任造成的T A 和T V 接線錯誤、保護(hù)通信接口及通道問題等可以借助于微機(jī)保護(hù)的自檢功能, 或通過分析運行數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)并由檢修人員消除; 繼電保護(hù)“三誤”事故可以通過規(guī)范化維護(hù)檢修工作及人員行為等來逐漸降低; 基建、設(shè)計部門責(zé)任造成的問題可以通過加強全過

5、程技術(shù)監(jiān)督和驗收來解決; 但保護(hù)裝置制造不良造成的問題必須借助于廠家的力量才能加以解決, 如果沒有備品備件或廠家的技術(shù)支持不及時, 不但會造成保護(hù)裝置可用率的降低, 而且還有可能重復(fù)發(fā)生不正確動作, 嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運行, 尤其是原理性缺陷和元件質(zhì)量問題產(chǎn)生的危害性更大。下面對甘肅電網(wǎng)近幾年由于繼電保護(hù)裝置本身缺陷造成的不正確動作原因進(jìn)行歸納分析。圖12001年7月21日HY 線A 相故障系統(tǒng)示意圖1. 1裝置算法2001年7月21日, 330k V HY 線A 相發(fā)生故障,故障示意圖如圖1所示。兩側(cè)保護(hù)正確動作跳開A 相, 重合成功, 但同時反向側(cè)的HP1線HP 側(cè)的微機(jī)保護(hù)A 的Z1AG

6、 (接地距離一段 動作(錄波見圖2、圖3 跳閘, 重合成功。HP1線保護(hù)A 動作屬反方向故障誤動。HP2線相同配置的保護(hù)沒有動作。8月28日, HP2線距HP 側(cè)3. 4k m 處C相發(fā)生單相接地故 新成果與技術(shù)應(yīng)用何世恩等:繼電保護(hù)裝置缺陷分析及提高運行水平的建議35障, HP 側(cè)微機(jī)保護(hù)A 未選相直接三相跳閘, 未重合(投單重 。P L 側(cè)C 相單相跳閘, 重合于永久故障, 然 后三相跳閘, 動作正確。HP 側(cè)保護(hù)A 動作屬選相錯誤。對這2次保護(hù)A 不正確動作的情況進(jìn)行分析, 得出故障的原因是保護(hù)A 中的數(shù)字濾波功能及算法有缺陷。1. 2裝置軟件TG 220k V 變電站有3臺220/35

7、/10k V 降壓變壓器, 2號變壓器檢修。1、3號變壓器高壓側(cè)并列運行, 中低壓側(cè)分裂運行; 高壓側(cè)接系統(tǒng), 中低壓側(cè)為農(nóng)業(yè)和工業(yè)鐵合金冶煉波動負(fù)荷。1號主變壓器微機(jī)變壓器保護(hù)裝置W 于2001年12月17日誤動,220、35、10k V 三側(cè)開關(guān)跳閘。B 保護(hù)動作, 差流值為0. 48A, 0. A 。閘報告采樣值看, k 突然增大, , , 15點(此保護(hù)裝置為每周期12 B相低壓側(cè)電流采樣瞬時值為 圖2故障時保護(hù)A 所測電流及電壓波形10. 24A, 差動電流瞬時值為2. 92A , 其他點采樣值反映正常負(fù)荷, 差流很小?，F(xiàn)場試驗, 未發(fā)現(xiàn)A /D采樣回路突然出現(xiàn)一個采樣大值的直接原因

8、。分析認(rèn)為, 保護(hù)啟動后其中一側(cè)一相電流的一點采樣瞬時值異常變大時會導(dǎo)致差動電流超過定值而出口。原因為該保護(hù)裝置的A /D插件存在問題, 主要是A /D和RA M 芯片存在產(chǎn)品質(zhì)量問題, 數(shù)字量高位受干擾變位; 同時在軟件設(shè)計中未考慮這種情況, 軟件容錯能力差。2002年2月4日, 該站2號主變壓器同型微機(jī)變壓器保護(hù)裝置誤動, 三側(cè)開關(guān)跳閘。跳閘報告顯示A 相差動速斷保護(hù)動作, 差流值為17. 32A, 定值為5. 91A , 情況與上次類似。圖2為故障時保護(hù)A 所測電流、電壓波形, 圖3為保護(hù)A的功能元件的動作情況。圖3故障時保護(hù)A 的功能元件動作情況1. 3裝置硬件2001年3月1日, 2

9、20k V XY 線L 型微機(jī)保護(hù)動作跳閘, 保護(hù)打出的故障錄波中電壓波形正常, 電流有三相同相位、同幅值的電流突變。經(jīng)檢查系統(tǒng)無故障也不可能發(fā)生這樣的故障。因此認(rèn)定是保護(hù)裝置抗干擾性能差造成的誤動作。原裝置送廠家, 經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)裝置中程序存儲器2871芯片(E 2PROM 有軟故障, 對外界溫度及干擾特別靈敏。在某一條件下干擾引起采樣值錯誤, 使保護(hù)誤動。該裝置在以前就發(fā)生過1次類似誤動, 未查出原因。當(dāng)時更換了所有插件, 但未更換軟件存儲器芯片。1. 4裝置原理安裝在LZ X 330k V 線路LZ X 變側(cè)的Y 型微機(jī), 于2002年3月3日發(fā)生遠(yuǎn)方跳閘, 就地判別在相鄰QT X 330k

10、 V 線路發(fā)生瞬時故障, 且收到25m s 跳頻信號干擾時的誤動跳閘信號。微機(jī)遠(yuǎn)方跳閘就地判別裝置跳閘報告如下。Event Record Ti m e:02:03:03:06(S AT 03:26:41:42000000m s :CH1TP (收到跳頻信號 000033m s :Start (判別元件啟動P A =008. 11MW (低功率元件動作, 定值10MW I 0=0. 5A (零序電流元件動作, 定值0. 25A 000073m s :Tri p (發(fā)出跳閘命令 000075m s :CH1T . R (跳頻信號返回當(dāng)相鄰線路故障立即切除時, Y 型裝置的低功率元件和零序電流元件并

11、未隨著故障切除而及時返回, 同時對25m s (錄波報告 的跳頻干擾信號展寬到75m s, 所以就地判別元件動作和收到對側(cè)跳頻信號2個條件具備, 且足以超過裝置抗干擾時間40m s 而跳閘出口。該裝置就地判別元件在故障切除后不能及時返回是造成此次誤動的主要原因。 36電力設(shè)備第7卷第4期1. 5裝置的升級服務(wù)配合(1 2001年4月16日, 220k V S H 變電站1號主變壓器220k V 側(cè)W 型保護(hù)偏移相間阻抗后備保護(hù)動作, 跳三側(cè)開關(guān), 造成該變電站110k V 和10k V 失壓(當(dāng)時2號主變壓器停運進(jìn)行保護(hù)改造 。經(jīng)過對錄波圖和動作報告分析, 當(dāng)時系統(tǒng)無故障, B 相和C 相有一

12、定的電流突變, 但遠(yuǎn)未達(dá)到動作值, 故認(rèn)定保護(hù)誤動。該保護(hù)4月13日投運。經(jīng)與廠家共同檢查, 確定故障原因為相間阻抗保護(hù)軟件有缺陷而引起的誤動。該軟件是廠家應(yīng)用戶要求開發(fā)的軟件, 但未經(jīng)動模試驗驗證, 出廠測試中也未發(fā)現(xiàn)問題。(2 2001年8月28日, 蘭州供電局220k V TS C變電站1號主變壓器W 型保護(hù)110k V 鎖過流保護(hù)動作, , 壓器及系統(tǒng)無故障, 屬2125日對3天發(fā)生了此次誤動。, 認(rèn)為造成誤動的原因是該保護(hù)裝置升級后的軟硬件與原軟硬件不兼容。1. 6其他問題(1 上面的實例是比較典型的, 而且都是微機(jī)保護(hù)裝置的問題。其中第一個事故從錄波圖上可看到故障相電流比較特殊,

13、保護(hù)裝置的濾波功能有缺陷(包括硬件濾波和軟件濾波 。還有幾個例子也反映出存在其他方面的不足, 如元器件質(zhì)量、抗干擾問題等。此外, 在其他誤動實例中, 出現(xiàn)過微機(jī)母差保護(hù)中的一個濾波電容在斷續(xù)短路后逐漸燒毀的過程中, 由于電源異常閉鎖考慮不周而發(fā)生的跳閘事故2; 微機(jī)后備保護(hù)在區(qū)外遠(yuǎn)距離發(fā)生故障時零秒出口; 微機(jī)線路縱聯(lián)保護(hù)在區(qū)外近距離發(fā)生故障時, 微機(jī)高頻收發(fā)信機(jī)由于電磁兼容性能差發(fā)信有缺口而誤動等。(2 個別裝置說明書、圖紙與實際不符, 造成一些定值無法整定, 試驗中也難以發(fā)現(xiàn)缺陷, 小定值時誤差大; 對一些定值整定說明不詳細(xì), 該保護(hù)功能退出, 難以整定, 實際為隨機(jī)數(shù), 造成保護(hù)誤動;

14、還有一些裝置在小信號時誤差偏大。(3 繼電保護(hù)裝置在有了新的軟件版本, 或在其他地方發(fā)生不正確動作做了改進(jìn)后, 有的廠家不主動通知用戶或采取措施, 造成可以避免的事故繼續(xù)發(fā)生。(4 裝置發(fā)生不正確動作等情況后, 有的廠家不給用戶一個明確的回答, 而是含糊其詞。應(yīng)該在不泄露其核心技術(shù)的情況下, 說明真實情況, 使用戶可以采取適宜的對策和預(yù)案。(5 幾年中未發(fā)生由于繼電保護(hù)裝置原因造成的拒動, 保護(hù)雙重化配置后對提高可靠性不夠顯著, 誤動概率反而增大。保護(hù)通道問題及裝置電源故障是影響保護(hù)可用率的主要因素, 微機(jī)保護(hù)裝置說明書不清楚、廠家技術(shù)支持不足、整定項目多且復(fù)雜、運行壽命較短、升級更新快等因素

15、也制約著微機(jī)繼電保護(hù)裝置的運行可靠性。2提高繼電保護(hù)裝置運行水平的措施國家電力調(diào)度通信中心和中國電力科學(xué)研究院編寫的“2003年全國繼電保護(hù)及安全自動裝置運行情況統(tǒng)計分析”1中, 提出了切合實際的幾點建議, 量、, 并發(fā)現(xiàn)了裝, , 。但動模試驗也, 如不能很好地模擬保護(hù)裝置與通道信號及其他外部設(shè)備的配合, 尤其是不能模擬通道信號的干擾影響等; 不能模擬裝置在電磁環(huán)境下內(nèi)部元件的故障, 尤其是一些軟故障的后果不能模擬; 因受經(jīng)費的限制, 不能對裝置軟件的每一次改進(jìn)都做動模試驗; 不能模擬波動負(fù)荷及直流系統(tǒng)干擾波動時的影響等。因繼電保護(hù)及安全自動裝置本身的問題造成的誤動故障不少, 因此根據(jù)最終用

16、戶的實際運行及故障條件進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用檢測是很必要的?，F(xiàn)場使用的微機(jī)保護(hù)測試儀主要用來檢驗裝置的定值和動作性能, 現(xiàn)在已有利用GPS 檢測的雙端測試設(shè)備且該設(shè)備具有故障波形回放功能, 而且已經(jīng)實用化, 但仍不能實現(xiàn)暫態(tài)數(shù)據(jù)測試。一般輸入保護(hù)裝置的信號是純正弦波信號, 保護(hù)裝置輸出預(yù)定的行為; 動作特性是通過錄取實際動作點和理論動作曲線比較來獲得的。若要測試保護(hù)裝置在實際故障條件下的動作特性, 則測試裝置必須具有能夠產(chǎn)生與系統(tǒng)實際故障暫態(tài)過程一樣的暫態(tài)波形的能力。這種測試裝置也可以用來查找現(xiàn)場保護(hù)不正確動作的原因。在實際暫態(tài)的情況下, 保護(hù)裝置的動作行為及動作速度將和穩(wěn)態(tài)情況下的有所不同,

17、 實測狀態(tài)動作速度并確認(rèn)動作是否正確及能否滿足實際現(xiàn)場要求是測試的主要目的。根據(jù)上述分析, 能滿足以上要求的測試裝置就是繼電保護(hù)數(shù)字仿真試驗系統(tǒng), 即基于個人計算機(jī)的一套完整的軟件、硬件系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r輸出與仿真系統(tǒng)所產(chǎn)生的同樣的二次波形, 用于驅(qū)動受試保護(hù)裝置。它應(yīng)該是一個閉環(huán)系統(tǒng), 易于升級和擴(kuò)展成三端系統(tǒng)等, 能仿真保護(hù)斷路器動作及較長系統(tǒng)動態(tài)等過程。基于個人微機(jī)的系統(tǒng)普及性好并能夠利用廣泛的E M TP /ATP計算研究資源, 建立典型的實際故障波形庫, 能利用已有的實際故障波形(如上述第一例中導(dǎo)致A 型保護(hù)反向誤動的電流故障波形比較特殊, 動模中可能不會出現(xiàn) ,使實時仿真與實際故障回

18、放 新成果與技術(shù)應(yīng)用何世恩等:繼電保護(hù)裝置缺陷分析及提高運行水平的建議37相結(jié)合。硬件系統(tǒng)要頻帶寬, 響應(yīng)快, 精度高; 軟件要有自動測試準(zhǔn)備、執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集處理分析、自動生成數(shù)據(jù)完整的測試報告功能, 對已有的C O M T RADE 格式故障數(shù)據(jù)能讀出、編輯、顯示、圖形化輸出測試過程及結(jié)果等。此外可收集現(xiàn)場變電站一次操作及有系統(tǒng)故障時在保護(hù)設(shè)備所有斷口接受到的典型和最大干擾波形, 利用電磁兼容試驗設(shè)備或保護(hù)仿真試驗系統(tǒng)對裝置進(jìn)行測試, 評估裝置的電磁兼容水平, 進(jìn)一步對變電站二次設(shè)備、電纜布置、抗干擾措施提出建議。新型繼電保護(hù)裝置增加了試運行的套數(shù)或試運行的時間, 如750k V 示范線路上

19、可以多掛幾套國產(chǎn)保護(hù), 或者有條件的話做實際系統(tǒng)故障試驗3。對微機(jī)保護(hù)裝置電源進(jìn)行嚴(yán)格檢驗, 給出可靠性、故障工作時間等指標(biāo), 的現(xiàn)場檢驗, 。3結(jié)束語繼電保護(hù)裝置運行水平的提高, 需要廠家和用戶進(jìn)行信息交流和共同努力。本文的分析是這方面的嘗試, 有些觀點還需要進(jìn)一步討論, 希望對今后繼電保護(hù)裝置的改進(jìn)、質(zhì)量提高等有所裨益。4參考文獻(xiàn)1國家電力調(diào)度通信中心, 中國電力科學(xué)研究院. 2003年全國繼電保護(hù)及安全自動裝置運行情況統(tǒng)計分析. 2004年7月.2何世恩, 郭躍華, 趙毅. 微機(jī)母差保護(hù)誤動的分析與相關(guān)問題對策. 2004全國電力主設(shè)備保護(hù)學(xué)術(shù)研討會論文集,203205.3何世恩, 王景

20、元, 姚旭, 等. 750kV 議. 甘肅電力技術(shù), 2003(5 :1:何世恩(1961 , 男, 高級工程師, 從事繼電保護(hù)運行管理及科研管理工作;李成學(xué)(1975 , 男, 工程師, 從事變電及繼電保護(hù)運行管理工作;漆柏林(1967 , 男, 高級工程師, 從事電力生產(chǎn)及繼電保護(hù)運行管理工作。(責(zé)任編輯趙楊A(yù)na l ys is o n P r o te c ti ve R e l a y M a l O p e ra ti o n a nd S ugge s ti o n s fo rI m p r o vi ng O p e ra ti o n R e li a b ilityHE

21、en 1, L I Cheng xue 2, Q lin 3, L I U Jun4(11Gansu Electric Power D is patching and Communicati on Center, Lanzhou 730050, China; 21Lanzhou Power Supp ly Company,Lanzhou 730050, China; 31Baiyin Power Supp ly Company, Baiyin 730900, China;41Gansu Electric Power Research I nstitute, Lanzhou 730050, China Ab s tra c t:According t o the mal -operati on conditi on of 220k V and the above m icr op r ocess or based p r otecti on in Gansu power syste min recent years, this paper analyzed the defects o