继电保护装置缺陷分析及提高运行水平的建议

电　力　设　备

El ectri ca l Equi p m ent

　Ap r12006

Vo l.7No.4继电保护装置缺陷分析及提高

运行水平的建议

何世恩1,李成学2,漆柏林3,刘　峻4

(1.甘肃省电力公司调度通信中心,甘肃省兰州市730050;2.兰州供电公司,甘肃省兰州市730050;

3.白银供电公司,甘肃省白银市730900;

4.甘肃省电力科学研究院,甘肃省兰州市730050)

摘要:根据甘肃电网近几年来220k V及以上系统微机继电保护存在不正确动作的情况,结合实际故障事例对装置存在的缺陷进行了分类分析,如装置算法、装置软件、装置硬件、装置原理、装置的升级服务配合等方面的分析,并对提高继电保护装置的运行水平提出了技术措施,建议进行继电保护装置的应用检测,采用继电保护数字仿真试验系统等。

关键词:继电保护装置;微机保护;动作分析;应用试验

中图分类号:T M774

0　引言

我国220、330k V系统全部线路保护已实现微机化,系统元件保护多数也已实现微机化,其中主流微机保护装置绝大多数采用国产产品。新建和技改项目中继电保护设计及配置均符合国家标准,并严格执行继电保护反事故措施,大幅度提高了继电保护的正确动作率。2000～2004年220k V及以上系统继电保护正确动作率分别为97.26%、98.27%、99.52%、99.32%、99.63%。虽然,继电保护正确动作率在逐步提高,但继电保护不正确动作仍然存在,归纳起来主要有2个方面的原因:①继电保护装置安装调试不良及运行管理不到位,包括设计、安装、调试、检验维护等环节存在的问题;②继电保护装置本身缺陷造成不正确动作。近几年,甘肃电网220k V及以上系统继电保护全部不正确动作中,由于继电保护装置本身缺陷造成的不正确动作约占到220k V及以上系统继电保护全部不正确动作次数的一半。与全国近几年的情况基本相同,2003年全国运行中的220k V及以上系统因制造部门责任造成保护不正确动作的占220k V及以上系统继电保护不正确动作的46.15%[1]。

因此,为了提高继电保护装置的正确动作率,对所有继电保护不正确动作加以详细分析,找出原因,采取措施是非常必要的。

1　继电保护不正确动作实例分析

继电保护装置的不正确动作原因很多,按责任分有运行维护管理部门的责任,主要包括运行维护不良、误碰、误接线、误操作、误整定、调试质量不良等;有制造部门的责任,主要有制造质量不良(又可分为硬件损坏、光耦损坏、插件问题及电源问题)、原理缺陷及软件问题等;基建部门的责任,主要有调试质量不良、误整定、误接线、误碰等;设计部门的责任,主要有设计不合理、设计接线错误等;还有其他部门的责任及不明原因等。

运行管理部门责任造成的T A和T V接线错误、保护通信接口及通道问题等可以借助于微机保护的自检功能,或通过分析运行数据来发现并由检修人员消除;继电保护“三误”事故可以通过规范化维护检修工作及人员行为等来逐渐降低;基建、设计部门责任造成的问题可以通过加强全过程技术监督和验收来解决;但保护装置制造不良造成的问题必须借助于厂家的力量才能加以解决,如果没有备品备件或厂家的技术支持不及时,不但会造成保护装置可用率的降低,而且还有可能重复发生不正确动作,严重威胁电网的安全运行,尤其是原理性缺陷和元件质量问题产生的危害性更大。下面对甘肃电网近几年由于继电保护装置本身缺陷造成的不正确动作原因进行归纳分析

。

图1　2001年7月21日HY线A相故障系统示意图

1.1　装置算法

2001年7月21日,330k V HY线A相发生故障,故障示意图如图1所示。两侧保护正确动作跳开A相,重合成功,但同时反向侧的HP1线HP侧的微机保护A的Z1AG(接地距离一段)动作(录波见图2、图3)跳闸,重合成功。HP1线保护A动作属反方向故障误动。HP2线相同配置的保护没有动作。8月28日,HP2线距HP侧3.4k m处C相发生单相接地故

新成果与技术应用何世恩等:继电保护装置缺陷分析及提高运行水平的建议35　

障,HP 侧微机保护A 未选相直接三相跳闸,未重合

(投单重)。P L 侧C 相单相跳闸,重合于永久故障,然

后三相跳闸,动作正确。HP 侧保护A 动作属选相错误。对这2次保护A 不正确动作的情况进行分析,得出故障的原因是保护A 中的数字滤波功能及算法有缺陷。

1.2　装置软件

TG 220k V 变电站有3台220/35/10k V 降压变

压器,2号变压器检修。1、3号变压器高压侧并列运行,中低压侧运行;高压侧接系统,中低压侧为农业和工业铁合金冶炼波动负荷。1号主变压器微机变压器保护装置W 于2001年12月17日误动,

220、35、10k V 三侧开关跳闸。跳闸报告显示B 相差动

保护动作,差流值为0.48A,定值为0.39A 。从保护跳闸报告采样值看,动作前1号主变压器的10k V 侧负荷突然增大,相电流突变超过启动定值,造成保护装置启动并进入故障处理程序,启动后第15点(此保护装置为每周期12点采样)B

相低压侧电流采样瞬时值为

图2　故障时保护A 所测电流及电压波形

10.24A,差动电流瞬时值为2.92A ,其他点采样值反

映正常负荷,差流很小。现场试验,未发现A /D 采样回路突然出现一个采样大值的直接原因。分析认为,保护启动后其中一侧一相电流的一点采样瞬时值异常变大时会导致差动电流超过定值而出口。原因为该保护装置的A /D 插件存在问题,主要是A /D 和RA M 芯片存在产品质量问题,数字量高位受干扰变位;同时在软件设计中未考虑这种情况,软件容错能力差。2002年2月4日,该站2号主变压器同型微机变压器保护装置误动,三侧开关跳闸。跳闸报告显示A 相差动速断保护动作,差流值为17.32A,定值为5.91A ,情况与上次类似。图2为故障时保护A 所测电流、电压波形,图

3为保护A

的功能元件的动作情况。

图3　故障时保护A 的功能元件动作情况

1.3　装置硬件

2001年3月1日,220k V XY 线L 型微机保护动

作跳闸,保护打出的故障录波中电压波形正常,电流有三相同相位、同幅值的电流突变。经检查系统无故障也不可能发生这样的故障。因此认定是保护装置抗干扰性能差造成的误动作。原装置送厂家,经试验发现装置中程序存储器2871芯片(E 2PROM )有软故障,对外界温度及干扰特别灵敏。在某一条件下干扰引起采样值错误,使保护误动。该装置在以前就发生过1次类似误动,未查出原因。当时更换了所有插件,但未更换软件存储器芯片。

1.4　装置原理

安装在JY LZ X 330k V 线路LZ X 变侧的Y 型微机,于2002年3月3日发生远方跳闸,就地判别在相邻JY QT X 330k V 线路发生瞬时故障,且收到25m s 跳频信号干扰时的误动跳闸信号。微机远方跳闸就地判别装置跳闸报告如下。

　Event Record Ti m e:02:03:03:06(S AT )

03:26:41:42

000000m s :CH1　TP (收到跳频信号)000033m s :Start (判别元件启动)

P A =008.11MW (低功率元件动作,定值

10MW )

I 0=0.5A (零序电流元件动作,定值0.25A )

000073m s :Tri p (发出跳闸命令)000075m s :CH1T .R (跳频信号返回)

当相邻线路故障立即切除时,Y 型装置的低功率元件和零序电流元件并未随着故障切除而及时返回,同时对25m s (录波报告)的跳频干扰信号展宽到

75m s,所以就地判别元件动作和收到对侧跳频信号2个条件具备,且足以超过装置抗干扰时间40m s 而

跳闸出口。该装置就地判别元件在故障切除后不能

及时返回是造成此次误动的主要原因。

1.5　装置的升级服务配合

(1)2001年4月16日,220k V S H变电站1号主变压器220k V侧W型保护偏移相间阻抗后备保护动作,跳三侧开关,造成该变电站110k V和10k V失压(当时2号主变压器停运进行保护改造)。经过对录波图和动作报告分析,当时系统无故障,B相和C相有一定的电流突变,但远未达到动作值,故认定保护误动。该保护4月13日投运。经与厂家共同检查,确定故障原因为相间阻抗保护软件有缺陷而引起的误动。该软件是厂家应用户要求开发的软件,但未经动模试验验证,出厂测试中也未发现问题。

(2)2001年8月28日,兰州供电局220k V TS C 变电站1号主变压器W型保护110k V侧复合电压闭锁过流保护动作,跳开主变压器三侧开关,当时主变压器及系统无故障,故属保护误动作。厂家8月21～25日对1号主变压器保护进行监控插件更换和软件版本升级工作。该工作结束后3天发生了此次误动。经检查和分析,认为造成误动的原因是该保护装置升级后的软硬件与原软硬件不兼容。

1.6　其他问题

(1)上面的实例是比较典型的,而且都是微机保护装置的问题。其中第一个事故从录波图上可看到故障相电流比较特殊,保护装置的滤波功能有缺陷(包括硬件滤波和软件滤波)。还有几个例子也反映出存在其他方面的不足,如元器件质量、抗干扰问题等。此外,在其他误动实例中,出现过微机母差保护中的一个滤波电容在断续短路后逐渐烧毁的过程中,由于电源异常闭锁考虑不周而发生的跳闸事故[2];微机后备保护在区外远距离发生故障时零秒出口;微机线路纵联保护在区外近距离发生故障时,微机高频收发信机由于电磁兼容性能差发信有缺口而误动等。

(2)个别装置说明书、图纸与实际不符,造成一些定值无法整定,试验中也难以发现缺陷,小定值时误差大;对一些定值整定说明不详细,该保护功能退出,难以整定,实际为随机数,造成保护误动;还有一些装置在小信号时误差偏大。

(3)继电保护装置在有了新的软件版本,或在其他地方发生不正确动作做了改进后,有的厂家不主动通知用户或采取措施,造成可以避免的事故继续发生。

(4)装置发生不正确动作等情况后,有的厂家不给用户一个明确的回答,而是含糊其词。应该在不泄露其核心技术的情况下,说明真实情况,使用户可以采取适宜的对策和预案。

(5)几年中未发生由于继电保护装置原因造成的拒动,保护双重化配置后对提高可靠性不够显著,误动概率反而增大。保护通道问题及装置电源故障是影响保护可用率的主要因素,微机保护装置说明书不清楚、厂家技术支持不足、整定项目多且复杂、运行寿命较短、升级更新快等因素也制约着微机继电保护装置的运行可靠性。

2　提高继电保护装置运行水平的措施

国家电力调度通信中心和中国电力科学研究院编写的“2003年全国继电保护及安全自动装置运行情况统计分析”[1]中,对提高继电保护装置运行水平提出了切合实际的几点建议,并针对如何提高产品质量、消除隐患提出了建议及措施。在甘肃省运行的继电保护及安全自动装置都经过动模试验,并发现了装置性能上的缺陷,尤其是发现了许多引进保护装置的缺陷[4],为电网安全运行把好了关口。但动模试验也有它的局限性,如不能很好地模拟保护装置与通道信号及其他外部设备的配合,尤其是不能模拟通道信号的干扰影响等;不能模拟装置在电磁环境下内部元件的故障,尤其是一些软故障的后果不能模拟;因受经费的,不能对装置软件的每一次改进都做动模试验;不能模拟波动负荷及直流系统干扰波动时的影响等。

因继电保护及安全自动装置本身的问题造成的误动故障不少,因此根据最终用户的实际运行及故障条件进行继电保护装置的应用检测是很必要的。现场使用的微机保护测试仪主要用来检验装置的定值和动作性能,现在已有利用GPS检测的双端测试设备且该设备具有故障波形回放功能,而且已经实用化,但仍不能实现暂态数据测试。一般输入保护装置的信号是纯正弦波信号,保护装置输出预定的行为;动作特性是通过录取实际动作点和理论动作曲线比较来获得的。若要测试保护装置在实际故障条件下的动作特性,则测试装置必须具有能够产生与系统实际故障暂态过程一样的暂态波形的能力。这种测试装置也可以用来查找现场保护不正确动作的原因。在实际暂态的情况下,保护装置的动作行为及动作速度将和稳态情况下的有所不同,实测状态动作速度并确认动作是否正确及能否满足实际现场要求是测试的主要目的。

根据上述分析,能满足以上要求的测试装置就是继电保护数字仿真试验系统,即基于个人计算机的一套完整的软件、硬件系统。它能够实时输出与仿真系统所产生的同样的二次波形,用于驱动受试保护装置。它应该是一个闭环系统,易于升级和扩展成三端系统等,能仿真保护断路器动作及较长系统动态等过程。基于个人微机的系统普及性好并能够利用广泛的E M TP/ATP计算研究资源,建立典型的实际故障波形库,能利用已有的实际故障波形(如上述第一例中导致A型保护反向误动的电流故障波形比较特殊,动模中可能不会出现),使实时仿真与实际故障回放新成果与技术应用何世恩等:继电保护装置缺陷分析及提高运行水平的建议37

相结合。硬件系统要频带宽,响应快,精度高;软件要有自动测试准备、执行、数据收集处理分析、自动生成数据完整的测试报告功能,对已有的C O M T RADE格式故障数据能读出、编辑、显示、图形化输出测试过程及结果等。此外可收集现场变电站一次操作及有系统故障时在保护设备所有断口接受到的典型和最大干扰波形,利用电磁兼容试验设备或保护仿真试验系统对装置进行测试,评估装置的电磁兼容水平,进一步对变电站二次设备、电缆布置、抗干扰措施提出建议。

新型继电保护装置增加了试运行的套数或试运行的时间,如750k V示范线路上可以多挂几套国产保护,或者有条件的话做实际系统故障试验[3]。对微机保护装置电源进行严格检验,给出可靠性、平均无故障工作时间等指标,据此指导对微机保护装置电源的现场检验,适时更换备品或储备等。对继电保护装置的运行情况进行统计分析,特别应针对保护通道及接口提出加强监视、维护和选型的指导意见。

3　结束语

继电保护装置运行水平的提高,需要厂家和用户进行信息交流和共同努力。本文的分析是这方面的尝试,有些观点还需要进一步讨论,希望对今后继电保护装置的改进、质量提高等有所裨益。

4　参考文献

[1]　国家电力调度通信中心,中国电力科学研究院.2003年全国继

电保护及安全自动装置运行情况统计分析.2004年7月. [2]　何世恩,郭跃华,赵毅.微机母差保护误动的分析与相关问

题对策.2004全国电力主设备保护学术研讨会论文集,

203～205.

[3]　何世恩,王景元,姚旭,等.750kV系统介绍及继电保护配置建

议.甘肃电力技术,2003(5):1～5.

收稿日期:20051021

作者简介:

何世恩(1961),男,高级工程师,从事继电保护运行管理及科研管理工作;

李成学(1975),男,工程师,从事变电及继电保护运行管理工作;

漆柏林(1967),男,高级工程师,从事电力生产及继电保护运行管理工作。

(责任编辑　赵杨)

Ana l ys is o n P r o te c ti ve R e l a y M a lΟO p e ra ti o n a nd S ugge s ti o n s fo r

I m p r o vi ng O p e ra ti o n R e li a b ility

HE Shi en1,L I Cheng xue2,Q IBai lin3,L I U Jun4

(11Gansu Electric Power D is patching and Communicati on Center,Lanzhou730050,China;21Lanzhou Power Supp ly Company, Lanzhou730050,China;31Baiyin Power Supp ly Company,Baiyin 730900,China;

41Gansu Electric Power Research I nstitute,Lanzhou730050,China)

Ab s tra c t:According t o the mal-operati on conditi on of220k V and the above m icr op r ocess or based p r otecti on in Gansu power syste m in recent years,this paper analyzed the defects of p r otecti on relay and classified these p r oblem s int o s oft w are,hard ware,design and testing defects with p ractical exa mp les.The suggesti ons for i m p r oving operati on reliability and app licati on testing of p r otecti on relay using digital si m ulati on syste m are put for ward.

Keywords:m icr op r ocess or based p r otecti on;operati on analysis;app licati on test

・综合信息・

江苏大全集团助力成套电器国产化

日前,国际知名能源研究机构P LATTS发布了2005年度对全球250强能源企业的最新排名。大唐国际发电公司在全球能源公司250强综合排名中位居第179位,在发电公司的分类排名中位居第9位。这是P LATTS通过对全球能源类公司的资产净值、销售收入、净利润及投资收益率等进行综合评价后得出的结论。

大唐国际发电公司在2005年度的综合排名较2002和2003年有大幅提高,而且首次进入全球发电企业前10名。

据了解,除了发电公司参评之外,还有其他类能源公司参评。中石油、中石化以及中海油都位列石油类公司前茅。特别是中石油在全球能源公司综合排名中位居第7位,是目前中国能源类公司中排名最靠前的公司。