智能變電站電子式互感器異常分析與處理

丁津津， 黃少雄， 郝晶晶，　王　鷹， 王欣欣， 高　博， 李遠(yuǎn)松

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽　合肥　230601；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽　合肥　230022；3.國(guó)網(wǎng)淮南供電公司， 安徽　淮南　232007)

1　引言

隨著大批智能變電站的建成投運(yùn)，大量的新設(shè)備和新技術(shù)被應(yīng)用在變電站中。其中電子式互感器作為智能變電站的典型新設(shè)備，具有高低壓側(cè)完全隔離、安全性高、抗電磁干擾性能好、動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量精度高、頻率響應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。但因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)和測(cè)量的變化，也同時(shí)帶來(lái)了新的故障和異常隱患。本文分析一起由有源式電子互感器引發(fā)的異常，發(fā)現(xiàn)互感器采集器在低溫下的異常輸出是出現(xiàn)異常的可能原因。通過(guò)對(duì)采集器進(jìn)行測(cè)試，確定故障原因在于穩(wěn)壓芯片的選型不當(dāng)是電子式互感器異常的直接原因[4]，通過(guò)更換穩(wěn)壓芯片，找到解決異常的方法，避免再出現(xiàn)類(lèi)似的故障，保障智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

2　智能變電站基本情況

220kV某智能電站是安徽省第一座智能化變電站，于2011年11月23日建成投運(yùn)，該變電站為兩臺(tái)主變運(yùn)行。#1、#2主變系合肥ABB變壓器有限公司產(chǎn)品，2011年7月出廠，容量180MVA，型號(hào)為OSSZ-180000/220三相自耦有載調(diào)壓變壓器。

220kV #2主變保護(hù)采用兩套CSC-326型保護(hù)，110kV母差保護(hù)采用CSC-150型保護(hù)，110kV濱謝415線路保護(hù)采用CSC-161A型保護(hù)，#2主變2802開(kāi)關(guān)間隔采用PSET6220CVDW型電子式電流電壓組合型互感器，110kV濱謝415開(kāi)關(guān)間隔采用PSET6110CVDW型電子式電流電壓組合型互感器。

故障前，該站濱新2891線、順濱2D61線、#1主變2801開(kāi)關(guān)運(yùn)行220kV I母線，220kV濱新2892線、順濱2D62線、#2主變2802開(kāi)關(guān)運(yùn)行220kV Ⅱ母線，220kV Ⅰ、Ⅱ母線經(jīng)母聯(lián)2800開(kāi)關(guān)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，220kV濱繁2879開(kāi)關(guān)冷備用，220kV Ⅰ母線通過(guò)#1主變2801開(kāi)關(guān)供#1主變、220kV Ⅱ母線通過(guò)#2主變2802開(kāi)關(guān)供#2主變，#1主變401開(kāi)關(guān)供110kV Ⅰ母，#2主變402開(kāi)關(guān)供110kV Ⅱ母，110kV Ⅰ、Ⅱ母分列運(yùn)行，110kV濱學(xué)412、濱謝415、濱開(kāi)416、濱紡420、濱亞421、濱雙422線均運(yùn)行于110kV Ⅱ母；35kV Ⅰ、Ⅱ母分列運(yùn)行，分段300熱備用；35kVⅠ母帶濱峰3A5、#1站用變3A6(空載)、Ⅰ母壓變運(yùn)行；#1電容器3A1、#2電容器3A2、#3電容器3A3熱備用于Ⅰ母；35kV Ⅱ母帶#2站用變3B6(供站用負(fù)荷)、#5電容器3B2、Ⅱ母壓變運(yùn)行；#4電容器3B1、#6電容器3B3熱備用于Ⅱ母。

3　異常情況及仿真分析

3.1　110kV濱謝415線保護(hù)動(dòng)作及電流互感器情況

故障錄波器記錄，2016年1月24日6點(diǎn)15分41秒854毫秒，110kV濱謝415線路保護(hù)零序IV段出口跳開(kāi)415開(kāi)關(guān)三相，如圖1所示。

圖1　415濱謝線路動(dòng)作波形圖

線路動(dòng)作后，經(jīng)檢查，一次側(cè)無(wú)異常電流出現(xiàn)。分析后認(rèn)定是415線路互感器B相輸出了異常波形，具體波形如圖2所示。

圖2　415濱謝線路動(dòng)作B相合并單元輸出波形

選取其中的最后幾個(gè)“周波”在Matlab中進(jìn)行仿真與分析，可見(jiàn)原本應(yīng)該輸出正弦波形的B相輸出了較大的異常電流。根據(jù)羅氏線圈的原理，E(t)為線圈輸出的感應(yīng)電壓，即采集器獲取的電壓，其正比于所測(cè)電流的變化率，即：

(1)

因此，對(duì)合并單元得到的電流波形進(jìn)行微分，模擬采集器的輸出波形，如圖3所示，可見(jiàn)原本應(yīng)該為正弦的波形震蕩劇烈且偏移坐標(biāo)軸。

圖3　415濱謝線路動(dòng)作時(shí)B相合并單元輸出波形與采集器輸出波形

3.2　#2主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作及電流互感器情況

故障錄波器記錄，2016年1月24日8點(diǎn)01分01秒757毫秒，#2主變第二套保護(hù)比率差動(dòng)B、C相動(dòng)作跳開(kāi)#2主變2802、402、302開(kāi)關(guān)，如圖4所示。

圖4　2#主變動(dòng)作波形圖

主變動(dòng)作后，經(jīng)檢查，一次側(cè)無(wú)異常電流出現(xiàn)。分析后認(rèn)定是415線路互感器B相輸出了異常波形，壓縮后具體波形如圖5所示。

圖5　主變動(dòng)作C相合并單元輸出波形

選取其中的最后幾個(gè)“周波”進(jìn)行分析和仿真，可見(jiàn)原本應(yīng)該輸出正弦波形的C相輸出了較大的異常電流。模擬采集器的輸出如圖6所示，可見(jiàn)原本應(yīng)該為正弦的波形震蕩劇烈且偏移坐標(biāo)軸。

圖6　2#主變動(dòng)作時(shí)C相合并單元輸出波形與采集器輸出波形

3.3　110kV母差保護(hù)動(dòng)作及電流互感器情況

2016年1月24日8點(diǎn)07分27秒716毫秒，亞星焦化余熱發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)頻率下降，110kV低頻、低壓減載裝置低頻動(dòng)作跳開(kāi)110kV濱亞421開(kāi)關(guān)，110kV Ⅱ母失壓，1月24日8點(diǎn)08分55秒867毫秒，110kV母差保護(hù)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)110kV Ⅱ母上所有開(kāi)關(guān)。這期間單只電流互感器未發(fā)現(xiàn)大的波動(dòng)，但因電壓閉鎖開(kāi)放外加差流越限，導(dǎo)致了母線保護(hù)動(dòng)作。

3.4　110kV濱謝415線電流互感器情況

2016年1月25日0點(diǎn)至8點(diǎn)05分56秒，在110kV濱謝415線路一次開(kāi)關(guān)分位的情況下，該線路B相合并單元多次輸出異常波形，導(dǎo)致415線路保護(hù)動(dòng)作，波形如圖7、圖8所示。

圖7　415線路動(dòng)作波形圖

圖8　415線路B相合并單元輸出波形與采集器輸出波形

綜合現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的動(dòng)作情況和異常情況，初步分析懷疑是該站電子式互感器所用采集器在低溫環(huán)境下工作異常，且合并單元沒(méi)有及時(shí)發(fā)出采樣異常信息，未及時(shí)閉鎖保護(hù)，導(dǎo)致了保護(hù)裝置動(dòng)作。

4　電子式互感器采集器檢測(cè)情況

設(shè)備跳閘后，省電科院相關(guān)人員對(duì)#2主變電子式互感器C相采集器1、采集器2及415線路電子式互感器A相采集器3、B相采集器4、C相采集器5進(jìn)行試驗(yàn)，并從廠家取來(lái)一塊新采集器6進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。

4.1　高溫試驗(yàn)情況

高溫試驗(yàn)中，在達(dá)到最高溫度70℃的過(guò)程中，各采集器均能正常工作，合并單元輸出波形角差、比差符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2　低溫試驗(yàn)情況

低溫試驗(yàn)中，在溫度降至零下9℃左右時(shí)，采集器2、采集器4對(duì)應(yīng)的合并單元通道向外輸出異常波形，如圖9至圖12所示。

圖9　低溫試驗(yàn)主變C相B套合并單元輸出異常波形

圖10　低溫試驗(yàn)主變C相B套采集器2輸出異常波形

圖11　低溫試驗(yàn)415線路B相合并單元輸出異常波形

圖12　低溫試驗(yàn)415線路B相采集器4輸出異常波形

在零下9℃低溫情況下，采集器2、采集器4均不能正常工作。但此時(shí)試驗(yàn)所用的合并單元比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際合并單元軟件版本更新，因此在接收到采集器的異常數(shù)據(jù)后，合并單元將采樣數(shù)據(jù)判定為無(wú)效，保護(hù)裝置接收到這種數(shù)據(jù)后會(huì)閉鎖，避免發(fā)生誤動(dòng)作。

繼續(xù)降溫至零下20℃時(shí)，合并單元對(duì)應(yīng)的采集器1～采集器5均不再輸出，僅有參考采集器6正常工作，波形如圖13所示。

圖13　-20℃低溫試驗(yàn)時(shí)采集器1～采集器5均不再輸出波形

4.3　常溫試驗(yàn)情況

1月30日進(jìn)行的常溫試驗(yàn)中，在常溫下，各采集器均恢復(fù)正常工作，合并單元輸出波形角差、比差符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5　試驗(yàn)分析及結(jié)論

分析本文進(jìn)行的試驗(yàn)，可以得知，在現(xiàn)場(chǎng)多次輸出異常波形、導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作的采集器2和采集器4在零下9℃時(shí)出現(xiàn)了異常，無(wú)法正常工作。剩余三個(gè)，采集器1、采集器3、采集器5在零下20℃時(shí)也出現(xiàn)了異常，無(wú)法正常工作。由此可見(jiàn)，從該站現(xiàn)場(chǎng)送檢的采集器1～采集器5均不滿足QGDW 424-2010《電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范》中要求戶外正常工作溫度-40℃～+70℃的要求。另外，依據(jù)《電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范》4.2.8，合并單元應(yīng)能保證在電源中斷、電壓異常、采集單元異常等情況下不誤輸出，分析認(rèn)為該變電站現(xiàn)場(chǎng)的合并單元不滿足要求。

本文分析電子式互感器在低溫下出現(xiàn)的異常，對(duì)關(guān)鍵部件——電子式互感器的采集器進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和故障復(fù)現(xiàn)，指出低溫下采集器的采樣輸出異常是電子式互感器異常的根本原因。為防止再次出現(xiàn)類(lèi)似異常，提出相應(yīng)的整改意見(jiàn)：

(1)在該站電子式互感器改造項(xiàng)目未實(shí)施前，制定針對(duì)性的運(yùn)行方式和應(yīng)急措施，針對(duì)低溫情況下采集器可能出現(xiàn)的異常故障做好巡視工作并準(zhǔn)備應(yīng)急處理預(yù)案。

(2)更新合并單元軟件，確保采集器異常時(shí)能閉鎖合并單元誤輸出，避免保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

隨著智能變電站和新一代智能變電站的大規(guī)模推廣，帶來(lái)了大量電子式互感器的運(yùn)維問(wèn)題。目前電子式互感器的異常定位和故障分析正逐步成為一個(gè)新的熱點(diǎn)研究方向，在平常工作中要注意運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的積累，積極開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)，盡早發(fā)現(xiàn)隱患，避免其對(duì)生產(chǎn)實(shí)際造成影響，確保智能電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)、有序。

參考文獻(xiàn)：

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