智能變電站斷路器智能終端異常分析及處理

李 彬，韓東泊

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012）

0 引言

智能變電站中，智能設(shè)備出現(xiàn)裝置異常、裝置故障和鏈路中斷等問題，直接影響變電站及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行?？焖倥袛嘧冸娬粳F(xiàn)場智能設(shè)備的異常狀態(tài)，對(duì)變電運(yùn)維人員處理變電站異常故障能力的提高尤為重要。

智能變電站中的智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)了變電站的智能化，其中在過程層中增加智能終端來實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備的智能化。智能終端用于斷路器及隔離開關(guān)控制，接收繼電保護(hù)裝置、測控裝置的GOOSE開出命令，動(dòng)作于斷路器、隔離開關(guān)分合。同時(shí)，智能終端把斷路器或隔離開關(guān)的位置、狀態(tài)及智能終端本身的閉鎖、告警等信息傳送至繼電保護(hù)裝置和測控裝置，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的測量、控制功能。因此，智能終端的異常狀態(tài)直接影響繼電保護(hù)裝置對(duì)斷路器的跳、合閘功能，斷路器本體信號(hào)的上傳功能，斷路器、隔離開關(guān)的遙控功能，以及一次設(shè)備的監(jiān)視功能［1-5］。

分析一起主變壓器110 kV側(cè)開關(guān)綜合智能單元（智能終端與合并單元一體化裝置）故障的異常情況，對(duì)智能終端異常判別方法、智能終端異常影響范圍及異常處理方法進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 智能設(shè)備組網(wǎng)方式

變電站220 kV、110 kV系統(tǒng)均采用雙母線接線，35 kV系統(tǒng)采用單母線分段接線；220 kV系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，110 kV、35 kV系統(tǒng)分列運(yùn)行。站內(nèi)主變保護(hù)裝置及各側(cè)斷路器智能終端、合并單元設(shè)備均采用雙重化配置，兩套配置之間相互獨(dú)立。1號(hào)主變接線方式如圖1所示。

圖1 1號(hào)主變接線圖

1號(hào)主變110 kV側(cè)過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流如圖2所示。

圖2 1號(hào)主變110 kV側(cè)GOOSE網(wǎng)絡(luò)圖

圖2中可看出1號(hào)主變壓器保護(hù)A、110 kV母線保護(hù)與1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A通過光纖直連，直接跳閘；1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置則以組網(wǎng)的方式通過交換機(jī)，對(duì)1號(hào)主變110 kV側(cè)綜合智能單元發(fā)出斷路器、隔離開關(guān)遙控命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器、隔離開關(guān)遙控；其他斷路器、隔離開關(guān)位置信號(hào)、開關(guān)本體報(bào)警信號(hào)、智能組件報(bào)警信息都是通過組網(wǎng)的方式進(jìn)行傳輸［1-3］。

2 異常象征及原因分析

2.1 異常象征

2017年3月16日 06：26監(jiān)控中心通知某智能變電站發(fā)如下異常狀態(tài)：1）110 kV母線TV P11測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常；2）1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常；3）1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常；4）110 kV母線保護(hù)裝置接收1號(hào)主變110kV側(cè)103間隔綜合智能單元A GOOSE中斷。

現(xiàn)場檢查110 kV母線TV P11測控裝置告警燈點(diǎn)亮，裝置顯示GOOSE接收控制塊3異常，GOOSE數(shù)據(jù)接收總狀態(tài)告警，110 kV母線保護(hù)裝置鏈路異常告警燈亮，裝置顯示GOOSE9 A網(wǎng)中斷，1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置告警燈亮，裝置顯示GOOSE接收控制塊3異常，GOOSE接收總狀態(tài)異常，1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置告警燈亮，裝置顯示GOOSE接收控制塊 14、15、16、17、18 異常，GOOSE 接收總狀態(tài)異常；現(xiàn)場檢查110 kV母線保護(hù)裝置差流、1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)差流正常，母線隔離開關(guān)位置顯示正常。

2.2 異常原因分析

智能變電站智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測原理為：采用信號(hào)采集端監(jiān)測是否收到信息數(shù)據(jù)來判斷信號(hào)發(fā)出端裝置及通道的工作狀態(tài)。

通過以上異常信號(hào)及1號(hào)主變110 kV側(cè)GOOSE網(wǎng)絡(luò)圖（圖2所示）可初步判斷為1號(hào)主變110 kV側(cè)系統(tǒng)智能設(shè)備或GOOSE光纖通道故障，下面分別對(duì)本次異常的4個(gè)主要異常信號(hào)進(jìn)行分析。

110 kV母線TV P11測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常。根據(jù)智能變電站智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測原理，由圖2可知110 kV母線TV P11測控裝置通過組網(wǎng)的方式接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的母線隔離開關(guān)位置，因此分析1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A故障、GOOSEA網(wǎng)交換機(jī)故障、GOOSEA網(wǎng)交換機(jī)到110 kV母線TV P11測控裝置之間光纖故障、1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A到GOOSEA網(wǎng)交換機(jī)之間光纖故障均會(huì)發(fā)出110 kV母線TV P11測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常信號(hào)。

1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常。由圖2可知，1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置通過組網(wǎng)方式接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A發(fā)出的母線隔離開關(guān)位置，因此分析1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A故障、GOOSEA交換機(jī)故障、GOOSEA交換機(jī)到1號(hào)主變220 kV側(cè)201測控裝置之間光纖故障、1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A到GOOSEA交換機(jī)之間光纖故障均會(huì)發(fā)出1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常信號(hào)。

1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常。由圖2可知，1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置通過組網(wǎng)的方式接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的隔離開關(guān)、斷路器的位置、一次設(shè)備的監(jiān)視信號(hào)、1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的自檢告警信號(hào)，因此可分析1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A故障、GOOSE A交換機(jī)故障、GOOSE A交換機(jī)到1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置之間光纖故障、1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A到GOOSE A交換機(jī)之間光纖故障均會(huì)發(fā)出1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置GOOSE接收總狀態(tài)異常信號(hào)。

110 kV母線保護(hù)接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A GOOSE中斷。通過圖2可知，110 kV母線保護(hù)通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖直連的方式接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的母線隔離開關(guān)位置信號(hào)，因此可分析1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A故障、1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A到110kV母線保護(hù)之間的光纖鏈路故障會(huì)發(fā)出110 kV母線保護(hù)接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元AGOOSE中斷信號(hào)。

通過以上分析可知，若變電站同時(shí)發(fā)出上述4個(gè)異常信號(hào)，可判斷只可能為1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A故障引起；由于1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A為合并單元與智能終端一體化裝置，整個(gè)異常過程中并無SV斷鏈信號(hào)，且檢查110 kV母線保護(hù)差流，變壓器保護(hù)差流、相關(guān)遙測值均正常，因此判斷本次故障為：1號(hào)主變中壓側(cè)103開關(guān)綜合智能單元A的智能終端插件故障。

3 異常影響范圍分析

1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A SCD文件如圖3所示，與其相關(guān)的智能設(shè)備有：110 kV母線TV P11測控裝置、110 kV母線保護(hù)、1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置、1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置、1號(hào)主變A套保護(hù)裝置、110 kV母線TV P11合并單元。

圖3 1號(hào)主變110kV側(cè)103間隔綜合智能單元A SCD文件

3.1 110 kV母線TV P11測控裝置

110 kV母線TV P11測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A母線隔離開關(guān)位置，如圖4所示，用于母線接地開關(guān)與各間隔母線隔離開關(guān)之間的橫向連鎖。

圖4 110 kV母線TV P11測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，110 kV母線TV P11測控裝置無法接收到1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔母線隔離開關(guān)位置，影響母線橫向聯(lián)鎖。

3.2 110 kV母線保護(hù)

該變電站中，110 kV母線保護(hù)裝置單套配置，1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元雙重化配置，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)計(jì)，110 kV母線保護(hù)通過1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A跳閘，并接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的母線隔離開關(guān)位置。

如圖5所示，110 kV母線保護(hù)接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A智能終端插件母線隔離開關(guān)位置，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的識(shí)別，判斷該間隔所在母線，用于110 kV母線保護(hù)小差差流計(jì)算，并作為出口跳閘的依據(jù)。

圖5 110 kV母線保護(hù)裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，110 kV母線保護(hù)無法接收到1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔母線隔離開關(guān)位置，影響110 kV母線保護(hù)小差差流計(jì)算及出口跳閘判斷。本站110 kV母線保護(hù)可在相應(yīng)間隔母線隔離開關(guān)位置發(fā)生異常時(shí)進(jìn)行運(yùn)行方式修正，若修正不成功則母線保護(hù)會(huì)保持異常前的刀閘狀態(tài)，且發(fā)出相應(yīng)的告警信號(hào)。因此此時(shí)110 kV母線保護(hù)應(yīng)仍按照1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔在I母線運(yùn)行方式進(jìn)行小差差流計(jì)算及母線保護(hù)跳閘出口判據(jù)。

如圖6所示，1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A接收110 kV母線保護(hù)的跳閘命令，在相應(yīng)母線發(fā)生故障時(shí)，母線保護(hù)裝置接通綜合智能單元三相跳閘繼電器，可向斷路器跳閘線圈發(fā)出跳閘命令，使1號(hào)主變110 kV側(cè)103斷路器跳閘。

圖6 1號(hào)主變110 kV側(cè)103綜合智能單元A接收110 kV母線保護(hù)GOOSE信息

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，則其無法接收110 kV母線保護(hù)的跳閘命令，在相應(yīng)母線發(fā)生故障時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)1號(hào)主變110 kV側(cè)103開關(guān)的跳閘功能，此時(shí)只能通過1號(hào)主變中后備保護(hù)動(dòng)作將1號(hào)主變110 kV側(cè)103開關(guān)跳開，將故障切除。

3.3 1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置

如圖7所示，1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A 103-3開關(guān)位置，用于1號(hào)主變?nèi)齻?cè)設(shè)備縱向聯(lián)鎖。

圖7 1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，1號(hào)主變220 kV側(cè)測控裝置無法接收到1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔103-3隔離開關(guān)位置，影響主變?nèi)齻?cè)縱向聯(lián)鎖。

3.4 1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置

1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A自檢告警信號(hào)，斷路器、開關(guān)、接地開關(guān)位置信號(hào)，分合閘回路監(jiān)視信號(hào)及一次設(shè)備監(jiān)視信號(hào)，如圖8所示。

圖8 1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，影響綜合智能單元自檢告警信號(hào)，分合閘回路監(jiān)視信號(hào)及一次設(shè)備監(jiān)視信號(hào)的發(fā)出，對(duì)一次設(shè)備失去監(jiān)控。

1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A接收1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置的遙控指令，以及GOOSE聯(lián)鎖功能，如圖9所示，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器、隔離開關(guān)的遙控功能及GOOSE聯(lián)鎖功能。

圖9 1號(hào)主變110 kV側(cè)測控裝置接收1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器、隔離開關(guān)的遙控分、合操作，同時(shí)本間隔的GOOSE聯(lián)鎖失去作用。

3.5 1號(hào)主變A套保護(hù)裝置

如圖10所示，1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A接收1號(hào)主變A套保護(hù)的跳閘命令，在發(fā)生相應(yīng)故障時(shí)，主變保護(hù)裝置接通綜合智能單元三相跳閘繼電器，可向斷路器跳閘線圈發(fā)出跳閘命令，使1號(hào)主變110 kV側(cè)103斷路器跳閘。

影響范圍：1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，則其無法接收1號(hào)主變A套保護(hù)的跳閘命令，在發(fā)生主變故障時(shí)，1號(hào)主變A套保護(hù)差動(dòng)保護(hù)或后備無法實(shí)現(xiàn)1號(hào)主變110 kV側(cè)103開關(guān)的跳閘功能，但可由1號(hào)主變B套保護(hù)通過1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元B實(shí)現(xiàn)對(duì)103開關(guān)跳閘，將故障切除。

圖10 1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A接收1號(hào)主變A套保護(hù)GOOSE信息

3.6 110 kV母線TV P11合并單元

1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A合并單元插件接收110 kV母線TV P11合并單元母線電壓量，再由1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A發(fā)送至測控裝置、保護(hù)裝置作為遙測電壓及保護(hù)電壓使用。與1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元智能終端插件無關(guān)，因此并不受影響。

根據(jù)以上綜合分析，本次異常中1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，110 kV母線保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)跳103開關(guān)功能，1號(hào)主變A套保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)跳103開關(guān)功能；失去對(duì)一次設(shè)備（SF6壓力、開關(guān)儲(chǔ)能狀態(tài)等）、103開關(guān)綜合智能單元A的監(jiān)視功能。

4 異常處理方法

1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障須將1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A停用處理，該裝置為合并單元與智能終端一體化裝置，根據(jù)圖3可知，1號(hào)主變A套保護(hù)從該裝置取保護(hù)電流、電壓值，110 kV母線保護(hù)裝置從該裝置取保護(hù)電流值，因此停用該裝置前，須將1號(hào)主變A套保護(hù)、110 kV母線保護(hù)停用，因?yàn)橹髯儽Ｗo(hù)為雙重化配置，此時(shí)主變保護(hù)停用后還有一套可正常運(yùn)行，因此主變不需要停電處理。但此時(shí)1號(hào)主變保護(hù)為單配置，110 kV母線無母線保護(hù)運(yùn)行，此時(shí)不得安排母線及相關(guān)元件的倒閘操作。

同時(shí)1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A通過硬壓板接通跳閘回路及遙控回路，因此1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A停用處理異常時(shí)須將103間隔第一套智能終端遙控硬壓板、跳閘硬壓板停用，防止誤開出造成一次設(shè)備誤動(dòng)作。

另外1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔一次設(shè)備的監(jiān)視信號(hào)通過1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A上傳至站控層設(shè)備，因此1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A停用后，失去對(duì)103間隔一次設(shè)備的監(jiān)視，現(xiàn)場運(yùn)行人員應(yīng)隨時(shí)檢查一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

初步處理過程：1）停用1號(hào)主變A套保護(hù)；2）停用110 kV母線保護(hù)；3）停用1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A遙控、跳閘出口硬壓板；4）停用1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A；5）做好安全措施，辦理工作票開工，進(jìn)行故障處理。

綜上所述，由于1號(hào)主變110 kV側(cè)103間隔綜合智能單元A智能終端插件軟件故障，造成綜合智能單元智能終端插件死機(jī)，使得斷路器智能終端功能喪失?，F(xiàn)場需采用對(duì)故障綜合智能單元智能終端插件進(jìn)行程序升級(jí)。

升級(jí)程序后，需對(duì)綜合智能單元智能終端插件進(jìn)行重新驗(yàn)收，主要包括：保護(hù)跳閘傳動(dòng)試驗(yàn)，斷路器、隔離開關(guān)等遙控試驗(yàn)，遙信驗(yàn)收正確等，因此需將1號(hào)主變110 kV側(cè)103開關(guān)停電處理。經(jīng)現(xiàn)場研究決定，為同時(shí)配合檢查1號(hào)主變其他智能設(shè)備，申請(qǐng)將1號(hào)主變停電進(jìn)行了處理，綜合智能單元智能終端插件程序升級(jí)后重新進(jìn)行了保護(hù)跳閘傳動(dòng)試驗(yàn)，斷路器、隔離開關(guān)等遙控試驗(yàn)，遙信驗(yàn)收等正確，檢查1號(hào)主變其他智能組件無異常后將1號(hào)主變送電，并恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

5 結(jié)語

智能變電站中智能終端異常時(shí)將影響與本間隔相關(guān)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的跳合閘功能，測控裝置對(duì)斷路器、隔離開關(guān)的遙控功能，以及對(duì)本間隔一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控功能（SF6壓力低報(bào)警、開關(guān)彈簧未儲(chǔ)能等），因此智能終端異常時(shí)必須及時(shí)采取相應(yīng)措施，停用相關(guān)保護(hù)，并對(duì)一次設(shè)備加強(qiáng)監(jiān)視。同時(shí)不同變電站內(nèi)組網(wǎng)方式的有可能不同，智能終端具體作用可能會(huì)有差別，需根據(jù)各站的數(shù)據(jù)流圖、SCD、CID、ICD等文件作為依據(jù)來判斷異常設(shè)備、智能終端異常影響范圍并進(jìn)行異常處理。

［1］宋庭會(huì).智能變電站運(yùn)行與維護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［2］國網(wǎng)浙江省電力公司智能變電站技術(shù)及運(yùn)行維護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［3］國家電網(wǎng)公司科技部.智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范：Q／GDW 441—2010［S］.北京：中國電力出版社，2010.

［4］國家電網(wǎng)公司科技部.智能變電站技術(shù)導(dǎo)則：Q／GDW 383—2009［S］.北京：中國電力出版社，2009.

［5］國家電網(wǎng)公司科技部.智能變電站運(yùn)行管理規(guī)范：Q／GDW 750—2012［S］.北京：中國電力出版社，2011.