110kV主变差动保护无故障跳闸的分析与思考

110kV主变差动保护无故障跳闸的分析与思考

陆飞

南京国电南自自动化有限公司江苏南京211153

摘要：本文主要通过分析一起某110kV变电站主变差动保护无任何区内外故障时误动作的事故，简述事故经过，通过分析装置录波、设计实验模拟出类似波形，找出导致事故发生的原因：由于保护装置逆变电源插件性能不稳定，+12V输出发生波动，引起AD模数转换芯片的基准电压降低，最终导致异常波形的产生。并就该事件暴露的问题进行反思从而提出具体的改进措施，供保护装置研发人员参考，防止类似事故的再次发生。

关键词：尖顶波；AD转换；傅氏算法；采样值差动

一、事故概况：

某110kV变1#主变差动保护单装置于2013-03-22日05：14：16：185ms差动保护启动，13ms后差速保护动作出口跳开主变三侧，经检查现场当时未发现有任何区内区外故障发生，是一起保护装置误动事件。

二、差动保护动作行为分析：

从图一的录波图中看到差动动作时刻主变三侧各相出现了相同的一个5ms异常尖顶波，可以确定正是由于这个尖顶波的出现导致了差速保护动作。

图一差动保护录波波形

三、出现上图异常尖顶波形的原因分析

从后台报文中可知在2013-03-21日20：02：02：453ms至2013-03-21日20：35：17：460ms之间差动保护装置反复报出“AD电源降低”报文。

该主变保护装置的电流采样工作原理为：交流电流接入AC插件后转换成低电压信号送至差动CPU板在CPU板上集成了二阶RC无源滤波、运算放大器、AD芯片、数字信号处理芯片等。采样回路中运算放大器的工作电源是电源板逆变输出的12V直流、AD转换芯片的工作电源和基准电压是电源板逆变输出的5V直流。如果这两路电源出现问题的话，装置采样就会出现异常，当12V直流低于10.8V、5V直流低于4.5V且持续8ms时，装置报“AD电源降低”。其中AD芯片的的转换原理如图二所示。

图二AD内部原理图

其中VREF为基准电压，外部端子（REFIN和REFOUT）通过电容接地。

在AD（模数转换）芯片中将输入电流转换成的低电压信号与基准参考电压进行比较，根据比值的大小将电流信号转换成二进制编码并存储在14位的RAM（随机存储器）中，等待CPU读取。假如基准参考电压不正常变得相对很小时，输入电流转换成的电压信号与其的比值就会很大（甚至到达满量程），将造成转换后的采样值很大。

根据以上的理论分析，通过设计实验，模拟图三中#7端子12V电源间断5MS后，保护装置的测量波形如图四所示，可以看到，输出的波形与现场波形类似。

图三AD参考电压输入回路图

图四测试波形图

将现场保护装置和新装置一起放入湿热箱中，经过48小时之后，再去测量电源12V和5V输出，发现现场装置电源板输出+12V不稳定，而新装置输出仍旧正常。

当电源12V输出降低到10.8V以下时，电源板通过瞬时（约80μs）切断24V出口电源的输出达到闭锁保护的目的，且如果12V输出降低到10.8V以下持续8ms时装置会报出“AD电源降低”以提示运行人员检查装置，如果12V恢复正常，被切断的24V瞬时会被接通。

由于现场保护装置12V输出不稳定，在装置动作的瞬间，只出现了5ms的异常，所以在5ms后被切断的电源板的24V得以恢复。另由于差速保护采用半波傅氏算法，在10ms内，异常的大电流采样数据都参与差速计算，差速都满足条件，所以在动作出口时24V电源已正常，出口继电器仍然动作出口。

四、建议改进措施

基于以上分析现提出两点改进措施的建议以供研发设计参考：

1、软件逻辑算法上，在差动保护发跳令前，加判连续三个计算点的采样值差流，当连续三个计算点的采样值差流小于设定值时禁发跳令，以达到即使出现该异常波形时保护逻辑也不发跳令的目的。

2、硬件回路设计上，当电源板12V恢复正常时，延时接通24V出口电源，从而达到在此异常情况下即使保护逻辑发跳令，但硬件出口回路断开的目的。

五、结语

终上所述，导致该主变差动保护无故障动作出口的原因是由于保护装置逆变电源插件性能不稳定，+12V输出发生波动，引起AD模数转换芯片的基准电压降低，最终导致异常波形的产生。并通过理论和数据分析提出了两点有效可行的改进措施建议。

参考文献：

[1]张宇辉.电力系统微型计算机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2000

[2]刘柏林，吕曼丽.电力系统继电保护新技术的发展与分析[J].科技信息（教学教研.2008（04）：12-14.

[3]严兴畴.继电保护技术及其应用[J].科技咨询.2008（05）：112-114.