500kV滇羅I線主二集成輔B保護(hù)異常動(dòng)作分析

何榮平

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局）

500kV滇羅I線主二集成輔B保護(hù)異常動(dòng)作分析

何榮平

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局）

羅平站500kV滇羅I線主二集成輔B保護(hù)裝置分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，而對(duì)側(cè)保護(hù)未動(dòng)作，從原理上對(duì)保護(hù)誤動(dòng)的原因進(jìn)行分析，最終查找出原因和改進(jìn)措施。

分相差動(dòng)；光纖通道異常；跳閘；閉鎖

0 引言

當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，線路保護(hù)裝置能夠有選擇、快速、靈敏、可靠地動(dòng)作，將故障或異常設(shè)備從運(yùn)行系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)中非故障設(shè)備正常運(yùn)行。當(dāng)線路保護(hù)誤動(dòng)時(shí)，影響輸電線路正常運(yùn)行，造成輸電線路不必要的負(fù)荷損失?，F(xiàn)針對(duì)一起由于光纖通道異常，保護(hù)裝置未閉鎖造成保護(hù)動(dòng)作，以下從保護(hù)誤動(dòng)的原理上進(jìn)行分析，找出誤動(dòng)的原因，并提出了相應(yīng)的驗(yàn)證方法及改進(jìn)措施。

1 保護(hù)誤動(dòng)的原因分析故障分析

1.1 保護(hù)配置

該線路按照保護(hù)雙重化配置，主一集成輔A保護(hù)為南瑞PCS-931N5YZ，主二集成輔B保護(hù)為長(zhǎng)園深瑞PRS-753BYJ，均有分相差動(dòng)保護(hù)、零序差動(dòng)保護(hù)、縱聯(lián)距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)、載波通道跳閘、過(guò)電壓保護(hù)，載波通道跳閘采用單通道方式，載波通道一正常投入，通道一、二差動(dòng)保護(hù)及載波通道跳閘投入，相間故障及延時(shí)段保護(hù)動(dòng)作三跳，本保護(hù)配置雙光纖通道和單載波通道，正常時(shí)光纖通道運(yùn)行，載波通道備用。

1.2 保護(hù)裝置情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作伴隨著光纖異常現(xiàn)象。保護(hù)動(dòng)作前，羅平側(cè)有B通道異常記錄，滇東電廠側(cè)先后發(fā)生B通道異常、A通道異常，如表1和表2所示。

表1 羅平側(cè)裝置記錄情況

表2 滇東電廠側(cè)裝置記錄情況

整理保護(hù)動(dòng)作前后事件記錄，以滇東電廠發(fā)生A通道異常的時(shí)刻為0零時(shí)刻，保護(hù)啟動(dòng)、保護(hù)動(dòng)作及通道異常的時(shí)序如圖1所示。

圖1 通道異常及保護(hù)啟動(dòng)、動(dòng)作的時(shí)序

1.3 通道異常分析

雙光纖通道的光纖接收數(shù)據(jù)流在硬件上首先經(jīng)光纖通訊板FPGA處理，然后通過(guò)低電平觸發(fā)中斷的方式供CPU板讀取，硬件框圖如圖2所示。

圖2 雙光纖硬件框圖

從硬件鏈路上看，由于兩路光纖通道的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)WB680處理后，使用中斷方式觸發(fā)CPU的接收處理，而光纖接收中斷與保護(hù)采樣中斷存在優(yōu)先級(jí)的差異，若異常情況導(dǎo)致采樣中斷發(fā)生異常，則兩個(gè)通道均能檢出通道異常。

廠內(nèi)進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試，模擬現(xiàn)場(chǎng)連接方式下，同時(shí)在滇東電廠側(cè)B通道的接收回路串接光衰耗器，調(diào)節(jié)光功率模擬滇東電廠側(cè)B通道接收嚴(yán)重誤碼的情況，此時(shí)兩側(cè)裝置報(bào)B通道異常。運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)A通道異常的現(xiàn)象。

將硬件中斷信號(hào)引出用示波器監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)的硬件中斷信號(hào)出現(xiàn)異常（見(jiàn)圖3）。

圖3 滇東電廠側(cè)A通道異常時(shí)硬件信號(hào)圖

分析該信號(hào)圖，可知滇東電廠側(cè)B通道接收誤碼嚴(yán)重時(shí)，滇東電廠側(cè)光纖接收中斷信號(hào)“4”出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)異常，異常脈寬約3ms（正常的脈寬為500ns，異常脈寬是由于誤碼嚴(yán)重時(shí)從碼流中提取的時(shí)鐘錯(cuò)誤所致）。由于光纖中斷為電平觸發(fā)方式，所以在該中斷信號(hào)的脈寬持續(xù)時(shí)間內(nèi)，光纖接收中斷會(huì)不斷的觸發(fā)從而導(dǎo)致保護(hù)采樣中斷（信號(hào)1）短時(shí)不能響應(yīng)，從而造成兩側(cè)的采樣瞬時(shí)失步。

當(dāng)兩側(cè)采樣失步后，滇東電廠側(cè)A通道也檢測(cè)到通道異常并告警。分析滇東電廠側(cè)的裝置錄波，從波形可以看出在A通道異常前后，錄波點(diǎn)相位延遲約54°（光纖異常前一點(diǎn)數(shù)據(jù)與異常后相同數(shù)據(jù)之間的角差，如圖4、圖5所示）。

圖4 滇東電廠側(cè)A通道異常前一點(diǎn)數(shù)據(jù)

圖5 滇東電廠側(cè)A通道異常17ms時(shí)數(shù)據(jù)

由于A通道異常前錄波序號(hào)為對(duì)側(cè)采樣序號(hào)，A通道異常后錄波序號(hào)瞬時(shí)切換至本側(cè)采樣序號(hào)，且通道延時(shí)為0.97ms，故對(duì)側(cè)采樣序號(hào)經(jīng)通道發(fā)至本側(cè)同步后，其值比本側(cè)采樣序號(hào)多2（兩個(gè)采樣間隔）。減除錄波序號(hào)切換造成的角度延遲，可推算出滇東電廠側(cè)采樣時(shí)刻異常造成的相位延遲為54°－15°×2=24°，也就是說(shuō)，A通道異常前后，滇東電廠側(cè)采樣值的相位變化為24°。

由于同步調(diào)整邏輯為32點(diǎn)（25.8ms）調(diào)整一次，從A通道異常到第一次調(diào)整之間的25.8ms內(nèi)，同步過(guò)程不會(huì)調(diào)整采樣間隔。由于此前B通道已經(jīng)異常，故基本可以確定滇東電廠側(cè)A通道異常前后采樣值的相位變化24°為采樣中斷信號(hào)異常所致。該異常采樣中斷信號(hào)導(dǎo)致保護(hù)采樣失步，繼而保護(hù)裝置報(bào)出A通道異常。

1.4 保護(hù)動(dòng)作分析

分析現(xiàn)場(chǎng)錄波器波形，未發(fā)現(xiàn)故障電流，可以確定一次系統(tǒng)無(wú)故障。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)保護(hù)軟件在采樣同步調(diào)整的過(guò)程中存在如下缺陷：當(dāng)保護(hù)裝置采樣失步時(shí)，滇東電廠側(cè)保護(hù)裝置發(fā)起采樣調(diào)整過(guò)程，往羅平側(cè)發(fā)送“請(qǐng)求采樣調(diào)整幀”，該幀未包含有效的電流電壓及差動(dòng)允許等開(kāi)關(guān)量，導(dǎo)致羅平側(cè)在采樣調(diào)整期間差動(dòng)保護(hù)仍繼續(xù)投入，并將對(duì)側(cè)電流電壓按0處理而計(jì)算出差電流，同時(shí)將接收到的對(duì)側(cè)“差動(dòng)允許標(biāo)志”置為0，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)?shù)釚|電廠側(cè)同步調(diào)整成功時(shí)，重新發(fā)送光纖數(shù)據(jù)幀（含有效的采樣值及開(kāi)關(guān)量），羅平側(cè)接收到滇東電廠側(cè)的有效采樣值及差動(dòng)允許標(biāo)志，若此前滇東電廠側(cè)已經(jīng)電流突變量啟動(dòng)或零序啟動(dòng)，則此時(shí)羅平側(cè)收到對(duì)側(cè)“差動(dòng)允許標(biāo)志”為1，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

1.4.1 滇東側(cè)分析

如圖1時(shí)序圖所示，滇東電廠A通道異常之前，兩側(cè)保護(hù)裝置均陸續(xù)報(bào)B通道異常信號(hào)，此時(shí)保護(hù)裝置使用A通道數(shù)據(jù)進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)計(jì)算，B通道為備用通道。

當(dāng)?shù)釚|電廠由于特定情況的通信異常造成采樣失步時(shí)，A通道也檢出異常，由于此時(shí)B通道異常尚未恢復(fù)故無(wú)法切換，由此閉鎖本側(cè)差動(dòng)保護(hù)，并觸發(fā)同步調(diào)整過(guò)程。在該同步調(diào)整過(guò)程中，電廠側(cè)往對(duì)側(cè)發(fā)送“請(qǐng)求采樣調(diào)整幀”（不含有效的電流電壓及開(kāi)關(guān)量），同時(shí)根據(jù)對(duì)側(cè)的中斷時(shí)間，調(diào)整本側(cè)的采樣時(shí)刻，從而達(dá)到再次同步。

同時(shí)，根據(jù)如上分析，該采樣失步產(chǎn)生的電流變化量，處于“變化量啟動(dòng)電流定值”的臨界，引起滇東電廠側(cè)電流變化量啟動(dòng)。

滇東電廠同步調(diào)整邏輯為：通道失步后，每32個(gè)中斷間隔（25.8ms）調(diào)整一次。同步經(jīng)3次確認(rèn)調(diào)整成功后，退出調(diào)整過(guò)程，重新發(fā)送有效的數(shù)據(jù)幀。之后再經(jīng)60ms確認(rèn)，置通道完全調(diào)整成功標(biāo)志，本側(cè)差動(dòng)保護(hù)重新投入。

分析滇東側(cè)錄波，在A通道異常25.8ms處，滇東電廠進(jìn)行第一次同步調(diào)整，之后經(jīng)3次確認(rèn)（25.8×3=77.4m），在A通道異常后103ms時(shí)，滇東側(cè)同步調(diào)整成功，重新發(fā)送光纖數(shù)據(jù)幀（含有效的采樣值及開(kāi)關(guān)量）。由于此前滇東側(cè)已經(jīng)電流突變量啟動(dòng)，故此時(shí)該側(cè)發(fā)送的差動(dòng)允許標(biāo)志為1。滇東側(cè)調(diào)整成功后經(jīng)60ms確認(rèn)時(shí)間，A通道異常異常返回，差動(dòng)保護(hù)投入。

在該同步過(guò)程中，通道完全調(diào)整成功并開(kāi)放本側(cè)差動(dòng)保護(hù)前，電廠側(cè)向羅平側(cè)傳送“差動(dòng)允許標(biāo)志”未置有效的閉鎖，此項(xiàng)糾錯(cuò)處理存在缺陷。

1.4.2 羅平側(cè)分析

查看羅平側(cè)裝置動(dòng)作錄波，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)至跳閘期間，對(duì)側(cè)的模擬量采樣值均為0，差電流大小為負(fù)荷電流0.18A，波形如圖6所示。

圖6 羅平側(cè)主二集成輔B保護(hù)裝置動(dòng)作錄波

當(dāng)?shù)釚|電廠發(fā)生A通道異常時(shí)，B通道異常尚未恢復(fù)，此時(shí)滇東電廠側(cè)發(fā)送“請(qǐng)求采樣調(diào)整幀”，該幀未包含有效的電流電壓及差動(dòng)允許等開(kāi)關(guān)量，導(dǎo)致羅平側(cè)在采樣調(diào)整期間差動(dòng)保護(hù)仍繼續(xù)投入，并將對(duì)側(cè)電流電壓按0處理而計(jì)算出差電流，同時(shí)將接收到的對(duì)側(cè)“差動(dòng)允許標(biāo)志”置為0。

在該同步過(guò)程開(kāi)始一周波內(nèi)，對(duì)側(cè)電壓會(huì)計(jì)算出短暫的零、負(fù)序電壓，滿足電壓輔助啟動(dòng)邏輯（①差流大于啟動(dòng)門(mén)檻；②本側(cè)有低電壓或?qū)?cè)有零、負(fù)序電壓），羅平側(cè)電壓輔助啟動(dòng)元件啟動(dòng)，如圖7所示。

羅平側(cè)啟動(dòng)后，差流為0.19A，大于差動(dòng)動(dòng)作電流定值0.15A，但由于滇東電廠側(cè)未調(diào)整成功時(shí)，羅平側(cè)對(duì)接收的差動(dòng)允許標(biāo)志置為0，故差動(dòng)保護(hù)未立即動(dòng)作。

圖7 羅平側(cè)啟動(dòng)時(shí)電壓模擬量

羅平側(cè)啟動(dòng)102ms時(shí)，滇東電廠側(cè)同步調(diào)整成功，羅平側(cè)收到光纖數(shù)據(jù)幀，包含有效的采樣值數(shù)據(jù)及差動(dòng)允許標(biāo)志，由于滇東電廠此前突變量已啟動(dòng)，此時(shí)滇東電廠側(cè)發(fā)送的差動(dòng)允許標(biāo)志為1。分相差動(dòng)保護(hù)使用穩(wěn)態(tài)量進(jìn)行計(jì)算，由于傅里葉算法數(shù)據(jù)窗的存在，此時(shí)差流幅值仍大于動(dòng)作門(mén)檻且滿足比率系數(shù)，故分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

使用現(xiàn)場(chǎng)程序模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行驗(yàn)證，模擬滇東電廠B通道收到嚴(yán)重誤碼時(shí)，出現(xiàn)羅平站電壓輔助啟動(dòng)、101ms后差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的情況。查看動(dòng)作波形，與現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作波形基本一致。

2 結(jié)束語(yǔ)

2.1 500kV滇羅I線主二集成輔B保護(hù)裝置異常跳閘原因

1）本次異常的直接原因?yàn)殚L(zhǎng)園深瑞在光纖差動(dòng)保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)上存在缺陷。

當(dāng)?shù)釚|電廠側(cè)A、B光纖通道均處于異常狀態(tài)時(shí)，滇東電廠側(cè)差動(dòng)保護(hù)被閉鎖，但在通道同步成功后、差動(dòng)保護(hù)閉鎖期間，滇東電廠側(cè)向羅平站傳送的“差動(dòng)允許標(biāo)志”未置有效的閉鎖，仍向羅平站誤發(fā)送“差動(dòng)允許標(biāo)志”，此邏輯設(shè)計(jì)存在缺陷。

當(dāng)?shù)釚|電廠側(cè)A、B光纖通道均處于異常狀態(tài)并造成差動(dòng)保護(hù)失步時(shí)，未向羅平站側(cè)發(fā)送有關(guān)模擬量及開(kāi)關(guān)量信息，未及時(shí)閉鎖羅平站側(cè)差動(dòng)保護(hù)邏輯。

2）本次異常的間接原因?yàn)橥ㄐ磐ǖ喇惓?。異常跳閘前，羅平站側(cè)、滇東電廠側(cè)光纖通道B異常對(duì)保護(hù)裝置正常運(yùn)行無(wú)影響；但隨后滇東電廠側(cè)光纖通道A異常，造成數(shù)據(jù)傳送失步并啟動(dòng)采樣調(diào)整過(guò)程，導(dǎo)致最終羅平站側(cè)異常跳閘。

2.2 500kV滇羅I線主二集成輔B保護(hù)裝置異常跳閘改進(jìn)措施

廠家重新設(shè)計(jì)光纖差動(dòng)保護(hù)邏輯并開(kāi)展試驗(yàn)滿足要求，確保通道異常時(shí)裝置閉鎖保護(hù)動(dòng)作，羅平站更換保護(hù)裝置。

[1]PRS-753 光纖分相縱差成套保護(hù)裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū)V3.01（南網(wǎng)版）[R]，2008.

[2]趙淑珍，宋魏，馮辰虎.光纖差動(dòng)保護(hù)通道故障分析及處理方法[J].華北電力技術(shù)，2007.

2017-01-04）