基于變電站控制系統(tǒng)的電力系統(tǒng)事故原因分析及策略研究

王進(jìn)虎，王 娜，楊 威，張 亮

(1.天津送變電工程有限公司，天津 300011；2.天津市電子信息技師學(xué)院，天津 300011)

近年來電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，尤其是特高壓直流及特高壓交流輸電技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)的短路容量也在不斷加大，在某種程度上電力系統(tǒng)事故對(duì)電網(wǎng)的影響也在增大，由于連鎖反應(yīng)導(dǎo)致大規(guī)模停電事故發(fā)生的幾率也在增大。目前，電力系統(tǒng)已由傳統(tǒng)型電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為智能電網(wǎng)，目前隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電力系統(tǒng)中已建成大量的智能變電站，并成為整個(gè)電力系統(tǒng)重要的組成部分，由于智能變電站的大量投入運(yùn)行，其繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式與傳統(tǒng)變電站存在巨大的差別，從而導(dǎo)致在電力系統(tǒng)事故分析時(shí)采用的方式方法也產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的變化[1-5]。本文主要根據(jù)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的變化，通過對(duì)大量典型電網(wǎng)事故的深入分析，總結(jié)電力系統(tǒng)事故分析及處理的策略，用以分析電力系統(tǒng)中的事故情況，并得出科學(xué)結(jié)論。

1 提取事故關(guān)鍵信息點(diǎn)

1.1 提取主接線方式

針對(duì)事故發(fā)生的電網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)事故波及的范圍畫出簡(jiǎn)要的主接線圖。該步驟主要是為了提取簡(jiǎn)要的接線方式，便于找到相關(guān)的各個(gè)支路之間的關(guān)系及特點(diǎn)，掌握整個(gè)系統(tǒng)的基本情況，便于快速定位故障，同時(shí)方便在紙上做出相關(guān)的標(biāo)記，減少分析中需要記憶的內(nèi)容。該項(xiàng)應(yīng)包含以下關(guān)鍵點(diǎn)。

a.畫出簡(jiǎn)要主接線圖。提取故障中涉及的主要支路，應(yīng)去除不重要的支路，畫出相關(guān)內(nèi)容，以便簡(jiǎn)化主接線。主要是包括線路、主變壓器(以下簡(jiǎn)稱主變)、母聯(lián)開關(guān)、分段開關(guān)等。

b.確定支路運(yùn)行方式。如果為雙母線接線，同時(shí)確定各支路所在的母線，將分屬于同一母線的支路畫在各自母線上。尤其要注意是不是存在支路隔離開關(guān)位置異常、母差電流輸入錯(cuò)誤導(dǎo)致母差動(dòng)作出現(xiàn)異常等情況。

c.標(biāo)注各支路極性。將各支路的極性情況標(biāo)注清楚，分類匯總相同極性的支路。如有分段、母聯(lián)間隔，需要特別注意分段、母聯(lián)的極性，一定要標(biāo)注分段、母聯(lián)極性與哪個(gè)母線上的支路一致。

d.根據(jù)變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式確定母線運(yùn)行方式。根據(jù)變壓器中性點(diǎn)的接地情況(主要包括直接接地、經(jīng)間隙接地，經(jīng)小電阻及經(jīng)消弧線圈接地方式)確定母線的運(yùn)行方式。

尤其要注意一段母線有中性點(diǎn)另一段沒有中性點(diǎn)、兩段通過母聯(lián)開關(guān)并列運(yùn)行的情況。此時(shí)若母聯(lián)開關(guān)跳開會(huì)導(dǎo)致另一段母線失去中性點(diǎn)成為不接地系統(tǒng)。

e.確定是否存在小電源，考慮反送電情況。小電源包括風(fēng)電、光伏、小機(jī)組、廠用自備電源、大容量電動(dòng)機(jī)等。其中大容量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷反饋電壓會(huì)逐漸衰減至零，特征較為明顯。其他反送電時(shí)，電壓幅值較為穩(wěn)定，不發(fā)生衰減。但比正常時(shí)的幅值要低，而且波形不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，一般會(huì)帶有諧波[6]。該情況下一般需要配置故障解列裝置或者故障聯(lián)切小電源出口，以保證在故障發(fā)生后及時(shí)將小電源與大系統(tǒng)隔離，利于后續(xù)繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。

f.考慮備自投運(yùn)行方式。若有備自投要注意自投的運(yùn)行狀態(tài)，是進(jìn)線互投還是母分備自投。同時(shí)注意備自投的動(dòng)作情況，若動(dòng)作行為不正確，重點(diǎn)關(guān)注閉鎖自投開入及母線電壓是否下降至零，主要與(e)情況結(jié)合出現(xiàn)，由于母線電壓幅值較大，導(dǎo)致工作母線電壓不滿足備自投動(dòng)作的條件，造成備自投不正確動(dòng)作。

1.2 匯總裝置動(dòng)作及斷路器動(dòng)作情況

根據(jù)事故發(fā)生后變電站內(nèi)的裝置動(dòng)作情況及后臺(tái)報(bào)文記錄情況，提取裝置動(dòng)作信息情況、斷路器動(dòng)作的情況以及系統(tǒng)最終的運(yùn)行方式，提取事故相關(guān)裝置的錄波數(shù)據(jù)[7-8]。本步驟主要是通過記錄主要裝置的動(dòng)作及斷路器跳開的情況，大致確定故障的類型及所涉及的范圍，為下一步錄波圖的讀取做準(zhǔn)備，在讀取錄波圖時(shí)有相應(yīng)的關(guān)注重點(diǎn)。所提取的主要信息如下。

a.動(dòng)作裝置的類型、順序以及監(jiān)控后臺(tái)動(dòng)作報(bào)文的信息。

b.通過上述信息基本確定故障的大致范圍及類型，確定分析錄波數(shù)據(jù)的重點(diǎn)。主要是確定重點(diǎn)分析哪個(gè)裝置的錄波，查看哪個(gè)裝置的動(dòng)作報(bào)文。

c.斷路器跳開情況及跳開順序。重點(diǎn)記錄哪些斷路器跳開以及跳開的順序，標(biāo)記處故障切除后最終系統(tǒng)運(yùn)行方式。

d.關(guān)注未正確動(dòng)作的保護(hù)，包括誤動(dòng)和拒動(dòng)的裝置。根據(jù)題干信息，重點(diǎn)記錄未正確動(dòng)作的裝置類型，以便在后續(xù)錄波數(shù)據(jù)分析中詳細(xì)分析未正確動(dòng)作的原因。

2 分析提取錄波文件關(guān)鍵數(shù)據(jù)

依據(jù)1.2節(jié)中所記錄的重點(diǎn)裝置，分別調(diào)取上述裝置的錄波數(shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析。

2.1簡(jiǎn)要記錄各動(dòng)作裝置的動(dòng)作信息時(shí)序

調(diào)取錄波數(shù)據(jù)后，在軟件中點(diǎn)擊開關(guān)量變化情況，會(huì)出現(xiàn)所有開關(guān)量的變位情況，篩選出重要的節(jié)點(diǎn)信息做好記錄。重要信息包括保護(hù)啟動(dòng)時(shí)刻、保護(hù)動(dòng)作、斷路器位置、重合閘動(dòng)作、對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳、溝通三跳、低氣壓閉鎖重合閘等。

2.2 記錄各裝置的電壓電流變化情況

根據(jù)上述變位信息的時(shí)刻，分析各時(shí)刻電壓電流的變化情況以及相應(yīng)的特征，初步確定出故障的類型、持續(xù)時(shí)間及導(dǎo)致的后果，并在相應(yīng)的時(shí)刻后作出記錄及適當(dāng)?shù)姆治?。在分析時(shí)注意一下幾點(diǎn)。

a.電壓電流的特征。據(jù)此推斷出故障類型及持續(xù)時(shí)間。

b.各支路電流電壓的大小相位關(guān)系確定故障大概位置類型。根據(jù)電壓的關(guān)系確定是否連接同一母線。根據(jù)各支路電路的相位及大小來確定故障的位置是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外。例如若是母線區(qū)內(nèi)故障，連接在該母線上的各支路電流應(yīng)該都是流入母線，應(yīng)為同相位。若是區(qū)外故障，其中必有某支路電流與其他支路電流的相位相反,而且該支路電流幅值較大應(yīng)為其他支路之和。也可通過軟件工具中的阻抗分析、向量分析模塊實(shí)現(xiàn)故障位置的判別，以此確定是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障以及大概的位置。

c.必要時(shí)可通過公式編輯器合成所需電氣量。錄波數(shù)據(jù)中有時(shí)存在漏項(xiàng)或殘缺，此時(shí)需要合成零序電流或者零序電壓等電氣量來輔助分析。

通過上述分析后要記錄相應(yīng)的內(nèi)容，記錄時(shí)要有一定的格式，包括時(shí)間、動(dòng)作類型等內(nèi)容。例如：

**線路故障錄波器時(shí)間：2019-10-11 11:04:22.111500

**主變故障錄波器時(shí)間：2019-10-11 11:04:25.234500

0 ms：石奧一線BC兩相電流變大且反向，電壓降低且幅值相等，相位相同，是A相電壓的一半左右，為區(qū)內(nèi)故障，發(fā)生BC兩相短路故障。

26.8 ms：石奧一線RCS931保護(hù)動(dòng)作跳閘母線保護(hù)二柜母差保護(hù)動(dòng)作。

72.4 ms：石奧一線斷路器三相跳閘1號(hào)主變斷路器跳閘。

90.4 ms： 故障切除。

3 確定故障信息并分析動(dòng)作行為

該步驟主要是結(jié)合主接線的方式、中性點(diǎn)接地方式、電壓電流變化情況、裝置動(dòng)作情況等信息確定故障類型及位置。然后根據(jù)故障發(fā)生的位置及類型依據(jù)相應(yīng)的保護(hù)配置分析保護(hù)應(yīng)有的正確動(dòng)作行為和斷路器應(yīng)有的動(dòng)作行為，根據(jù)上述的分析再和實(shí)際的保護(hù)裝置、斷路器的動(dòng)作行為相比較，從而確定裝置、斷路器的動(dòng)作行為是否正確合理。主要包括以下工作：

a.確定故障位置及類型。根據(jù)上述分析，再結(jié)合其他信息(裝置動(dòng)作的報(bào)文，壓板狀態(tài)，最終運(yùn)行方式等)，綜合確定故障類型及位置。

b.分析保護(hù)裝置、斷路器應(yīng)有的正確動(dòng)作行為及時(shí)序。根據(jù)故障情況，結(jié)合保護(hù)的配置情況，定值中的信息(保護(hù)功能投退情況，定值大小等)、裝置狀態(tài)(是否處于故障或告警狀態(tài)，例如TA斷線、TV斷線等情況)、合并單元、智能終端的狀態(tài)綜合分析，確定出保護(hù)應(yīng)有的動(dòng)作行為和時(shí)序。

c.實(shí)際動(dòng)作情況與上述分析進(jìn)行比較，確定異常行為。

根據(jù)上述分析，再次根據(jù)數(shù)據(jù)錄波報(bào)文分析電流電壓的情況，檢查是否與實(shí)際的故障特征相符合，逐一列出存在異常行為的保護(hù)裝置和斷路器等其他設(shè)備，注意各異常設(shè)備的潛在聯(lián)系。

4 查找相關(guān)異常原因及預(yù)防措施

造成動(dòng)作行為異常的原因有很多種，通過分類總結(jié)主要有以下幾方面的因素：

a.TA、TV本體異常。TA異常主要包括TA飽和、TA兩繞組之間發(fā)生短路(兩組繞組電流反相)、變比錯(cuò)誤、繞組組別接錯(cuò)(保護(hù)測(cè)量混用、P級(jí)與TPY級(jí)混用)、直流電阻不平衡、組別選擇不當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)死區(qū)等。TV異常包括一次N未接地、出現(xiàn)鐵磁諧振、電壓過高TV飽和等。

b.交流二次回路異常。包括電壓電流回路，主要是電流回路造成異常居多。包括兩間隔電流接反、極性接反、ABC相序存在錯(cuò)誤、二次回路短接、中性線虛接、兩點(diǎn)接地等。

c.裝置或定值異常。主要有裝置未處于正常工作狀態(tài),例如重合閘、備自投未充電、裝置告警、裝置TV、TA斷線、交流插件異常、開入開出插件異常、插件端子短路燒毀、插件端子斷裂開路等。定值中主要有功能軟硬壓板未投入、檢修壓板投入、控制字未投入、定值大小不合理、方向指向不正確、重合閘方式不正確、跳閘出口矩陣設(shè)置錯(cuò)誤、SV接收軟壓板未投入、GOOSE出口軟壓板未投入、GOOSE接收軟壓板未投入等。

d.直流二次回路(包括光纖回路)異常。包括母聯(lián)分列母聯(lián)互聯(lián)壓板投退錯(cuò)誤、出口硬壓板未投、出口回路端子排連片未連接、出口相別接錯(cuò)、主變出口高低壓側(cè)接反、直流控制電源消失、直流接地故障、交直流混電、光纖回路接錯(cuò)、光纖損壞、光纖衰耗過大、交換機(jī)異常等。

e.斷路器本體異常。包括斷路器失靈、壓力低禁止操作、斷路器斷口擊穿、斷路器真空室爆炸、斷路器漏氣、斷路器未儲(chǔ)能、滅弧能力不足等。

f.SCD配置文件異常。主要是上述交流回路、直流回路異常在SCD的虛端子配置過程中出現(xiàn)的錯(cuò)配、漏配、交換機(jī)VLAN配置錯(cuò)誤等情況。

g.一次系統(tǒng)復(fù)雜故障或一、二次系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生故障。有時(shí)需考慮一次系統(tǒng)出現(xiàn)了復(fù)雜故障、多點(diǎn)故障等少見的情況導(dǎo)致裝置動(dòng)作出現(xiàn)異常。例如間歇性故障導(dǎo)致保護(hù)頻繁啟動(dòng)不出口、一次線路先斷線后接地、主變低壓側(cè)短路導(dǎo)致主變內(nèi)部絕緣損壞、功率倒向、發(fā)展性故障、絕緣擊穿等。

經(jīng)過如上分析后，綜合各方面的信息再將故障動(dòng)作時(shí)序記錄中的相關(guān)內(nèi)容補(bǔ)充完整，包括保護(hù)是否正確動(dòng)作、導(dǎo)致異常情況描述、導(dǎo)致異常的原因等?？尚纬赏暾麍?bào)告如下所示。

**線路故障錄波器時(shí)間：2019-10-11 11:04:22.111500

**主變故障錄波器時(shí)間：2019-10-11 11:04:25.234500

0 ms：石奧一線BC兩相電流變大且反向，電壓降低且幅值相等、相位相同，是A相電壓的一半左右，為區(qū)內(nèi)故障，發(fā)生BC兩相短路故障。

26.8 ms：石奧一線RCS931保護(hù)動(dòng)作跳閘(正確動(dòng)作)母線保護(hù)二柜母差保護(hù)動(dòng)作(誤動(dòng))。

72.4 ms：石奧一線斷路器三相跳閘(其中B相跳閘根據(jù)故障電流切除推斷)1號(hào)主變斷路器跳閘(由110 kV母聯(lián)電流變化推斷)。

90.4 ms：故障切除。

根據(jù)上述分析，結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的查看相結(jié)合，可基本確定電力系統(tǒng)中一次故障類型及位置，若繼電保護(hù)二次回路也存在相關(guān)的缺陷，也能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體的情況分析得出結(jié)論?，F(xiàn)場(chǎng)人員可綜合分析一次故障情況及二次回路相關(guān)的問題，針對(duì)相應(yīng)的缺陷提出有效的防范措施。

5 結(jié)束語

特高壓輸電及智能變電站的發(fā)展迅速，尤其是智能變電站的快速發(fā)展會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的分析帶來顯著的影響。通過本文的闡述以及結(jié)合實(shí)際運(yùn)行中相關(guān)事故的分析，提出了一整套繼電保護(hù)事故分析及處理的策略。本文所提供的方法為繼電保護(hù)人員分析電力系統(tǒng)事故提供了相關(guān)的思路和策略，為事故后續(xù)的處理和預(yù)防提供了參考。