繼電保護(hù)裝置缺陷分析及提高運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yàn)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(shí)現(xiàn)微機(jī)化, 系統(tǒng)元件保護(hù)多數(shù)也已實(shí)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(xiàng)目中繼電保護(hù)設(shè)計(jì)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(dòng)作率。20002004年220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)正確動(dòng)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(dòng)作率在逐步提高, 但繼電保護(hù)不正確動(dòng)作仍然存在, 歸納起來主要有2個(gè)方面的原因:繼電保護(hù)裝置安裝調(diào)試不良及運(yùn)行管理不到位, 包括設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、檢驗(yàn)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(dòng)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(dòng)作中, 由于繼電保護(hù)裝置本身缺陷造成的不正確動(dòng)作約占到220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)全部不正確動(dòng)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(yùn)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(dòng)作的占220k V 及以上系統(tǒng)繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的46. 15%1。因此, 為了提高繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率, 對所有繼電保護(hù)不正確動(dòng)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(dòng)作實(shí)例分析 繼電保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作原因很多, 按責(zé)任分有運(yùn)行維護(hù)管理部門的責(zé)任,

4、主要包括運(yùn)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(jì)部門的責(zé)任, 主要有設(shè)計(jì)不合理、設(shè)計(jì)接線錯(cuò)誤等; 還有其他部門的責(zé)任及不明原因等。運(yùn)行管理部門責(zé)任造成的T A 和T V 接線錯(cuò)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(yùn)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(jì)部門責(zé)任造成的問題可以通過加強(qiáng)全過

5、程技術(shù)監(jiān)督和驗(yàn)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(shí), 不但會(huì)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(dòng)作, 嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)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(dòng)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(dòng)作跳開A 相, 重合成功, 但同時(shí)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(dòng)作(錄波見圖2、圖3 跳閘, 重合成功。HP1線保護(hù)A 動(dòng)作屬反方向故障誤動(dòng)。HP2線相同配置的保護(hù)沒有動(dòng)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(yùn)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(dòng)作正確。HP 側(cè)保護(hù)A 動(dòng)作屬選相錯(cuò)誤。對這2次保護(hù)A 不正確動(dòng)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(tái)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(yùn)行, 中低壓側(cè)分裂運(yùn)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(dòng)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(dòng),220、35、10k V 三側(cè)開關(guān)跳閘。B 保護(hù)動(dòng)作, 差流值為0. 48A, 0. A 。閘報(bào)告采樣值看, k 突然增大, , , 15點(diǎn)(此保護(hù)裝置為每周期12 B相低壓側(cè)電流采樣瞬時(shí)值為 圖2故障時(shí)保護(hù)A 所測電流及電壓波形10. 24A, 差動(dòng)電流瞬時(shí)值為2. 92A , 其他點(diǎn)采樣值反映正常負(fù)荷, 差流很小。現(xiàn)場試驗(yàn), 未發(fā)現(xiàn)A /D采樣回路突然出現(xiàn)一個(gè)采樣大值的直接原因

8、。分析認(rèn)為, 保護(hù)啟動(dòng)后其中一側(cè)一相電流的一點(diǎn)采樣瞬時(shí)值異常變大時(shí)會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)電流超過定值而出口。原因?yàn)樵摫Ｗo(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(shí)在軟件設(shè)計(jì)中未考慮這種情況, 軟件容錯(cuò)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(dòng), 三側(cè)開關(guān)跳閘。跳閘報(bào)告顯示A 相差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)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(shí)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(dòng)作情況。圖3故障時(shí)保護(hù)A 的功能元件動(dòng)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(dòng)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(dòng)作。原裝置送廠家, 經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裝置中程序存儲(chǔ)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(cuò)誤, 使保護(hù)誤動(dòng)。該裝置在以前就發(fā)生過1次類似誤動(dòng), 未查出原因。當(dāng)時(shí)更換了所有插件, 但未更換軟件存儲(chǔ)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(shí)故障, 且收到25m s 跳頻信號干擾時(shí)的誤動(dòng)跳閘信號。微機(jī)遠(yuǎn)方跳閘就地判別裝置跳閘報(bào)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(dòng)P A =008. 11MW (低功率元件動(dòng)作, 定值10MW I 0=0. 5A (零序電流元件動(dòng)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(shí), 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(shí)返回, 同時(shí)對25m s (錄波報(bào)告 的跳頻干擾信號展寬到75m s, 所以就地判別元件動(dòng)作和收到對側(cè)跳頻信號2個(gè)條件具備, 且足以超過裝置抗干擾時(shí)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(shí)返回是造成此次誤動(dòng)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(dòng)作, 跳三側(cè)開關(guān), 造成該變電站110k V 和10k V 失壓(當(dāng)時(shí)2號主變壓器停運(yùn)進(jìn)行保護(hù)改造 。經(jīng)過對錄波圖和動(dòng)作報(bào)告分析, 當(dāng)時(shí)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(dòng)作值, 故認(rèn)定保護(hù)誤動(dòng)。該保護(hù)4月13日投運(yùn)。經(jīng)與廠家共同檢查, 確定故障原因?yàn)橄嚅g阻抗保護(hù)軟件有缺陷而引起的誤動(dòng)。該軟件是廠家應(yīng)用戶要求開發(fā)的軟件, 但未經(jīng)動(dòng)模試驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)作, , 壓器及系統(tǒng)無故障, 屬2125日對3天發(fā)生了此次誤動(dòng)。, 認(rèn)為造成誤動(dòng)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(shí)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(gè)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(gè)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(dòng)實(shí)例中, 出現(xiàn)過微機(jī)母差保護(hù)中的一個(gè)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(shí)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(shí), 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(dòng)等。(2 個(gè)別裝置說明書、圖紙與實(shí)際不符, 造成一些定值無法整定, 試驗(yàn)中也難以發(fā)現(xiàn)缺陷, 小定值時(shí)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(shí)際為隨機(jī)數(shù), 造成保護(hù)誤動(dòng);

14、還有一些裝置在小信號時(shí)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(dòng)作做了改進(jìn)后, 有的廠家不主動(dòng)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(dòng)作等情況后, 有的廠家不給用戶一個(gè)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(shí)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(dòng), 保護(hù)雙重化配置后對提高可靠性不夠顯著, 誤動(dòng)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(xiàng)目多且復(fù)雜、運(yùn)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(yùn)行可靠性。2提高繼電保護(hù)裝置運(yùn)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(dòng)裝置運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)分析”1中, 提出了切合實(shí)際的幾點(diǎn)建議, 量、, 并發(fā)現(xiàn)了裝, , 。但動(dòng)模試驗(yàn)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(fèi)的限制, 不能對裝置軟件的每一次改進(jìn)都做動(dòng)模試驗(yàn); 不能模擬波動(dòng)負(fù)荷及直流系統(tǒng)干擾波動(dòng)時(shí)的影響等。因繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置本身的問題造成的誤動(dòng)故障不少, 因此根據(jù)最終用

16、戶的實(shí)際運(yùn)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(yàn)裝置的定值和動(dòng)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(shí)用化, 但仍不能實(shí)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(dòng)作特性是通過錄取實(shí)際動(dòng)作點(diǎn)和理論動(dòng)作曲線比較來獲得的。若要測試保護(hù)裝置在實(shí)際故障條件下的動(dòng)作特性, 則測試裝置必須具有能夠產(chǎn)生與系統(tǒng)實(shí)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(dòng)作的原因。在實(shí)際暫態(tài)的情況下, 保護(hù)裝置的動(dòng)作行為及動(dòng)作速度將和穩(wěn)態(tài)情況下的有所不同,

17、 實(shí)測狀態(tài)動(dòng)作速度并確認(rèn)動(dòng)作是否正確及能否滿足實(shí)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(yàn)系統(tǒng), 即基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的一套完整的軟件、硬件系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r(shí)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(dòng)受試保護(hù)裝置。它應(yīng)該是一個(gè)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(dòng)作及較長系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等過程?；趥€(gè)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(jì)算研究資源, 建立典型的實(shí)際故障波形庫, 能利用已有的實(shí)際故障波形(如上述第一例中導(dǎo)致A 型保護(hù)反向誤動(dòng)的電流故障波形比較特殊, 動(dòng)模中可能不會(huì)出現(xiàn) ,使實(shí)時(shí)仿真與實(shí)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(yùn)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(dòng)測試準(zhǔn)備、執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集處理分析、自動(dòng)生成數(shù)據(jù)完整的測試報(bào)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(shí)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(yàn)設(shè)備或保護(hù)仿真試驗(yàn)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(yùn)行的套數(shù)或試運(yùn)行的時(shí)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(shí)際系統(tǒng)故障試驗(yàn)3。對微機(jī)保護(hù)裝置電源進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn), 給出可靠性、故障工作時(shí)間等指標(biāo), 的現(xiàn)場檢驗(yàn), 。3結(jié)束語繼電保護(hù)裝置運(yùn)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(diǎn)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(dòng)裝置運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)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(dòng)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(huì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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