一起 220kv开关间隔部分遥信异常分析

张淦锋、黄超、吕旭东、李文燕、邓华

国网浙江省电力有限公司超高压分公司，浙江 杭州 310000

摘要：智能变电站作为电力系统发展的必然趋势，已经越来越受到关注和重视。智能设备比如合并单元、开关间隔部分遥信异常等智能设备的异常告警也会给系统的安全稳定运行带来一定的威胁及隐患。快速判断变电站现场智能设备的异常状态显得尤为重要，如果异常判断失误或处理不及时则可能会产生严重后果。本文针对一起220kV变电站开关间隔部分遥信异常案例，对开关间隔部分遥信异常告警的现象、开关间隔部分遥信异常影响范围及异常处理方法进行分析，并针对类似问题提出相应的防范措施。

关键词：变电站；开关间隔部分遥信异常；异常告警；案例分析

引言

随着智能设备的技术水平的不断发展，变电站智能化带来的效益日渐明显。智能变电站中智能设备比如开关间隔部分遥信异常、合并单元作为智能变电站中重要的组成部分，其重要性不言而喻，因此开关间隔部分遥信异常、合并单元等智能设备的安全稳定运行对电网的安全起着重要的作用。在智能设备出现异常情况时，若不能快速判断智能设备的异常状态并及时处理，则会对整个变电站设备造成一定的影响，严重情况下还会产生一定程度上的安全隐患。^[1]

本文首先针对智能变电站的开关间隔部分遥信异常相关概念进行介绍,并针对一起某220kV变电站开关间隔部分遥信异常告警案例，对开关间隔部分遥信异常出现异常告警的现象、开关间隔部分遥信异常异常影响范围及异常处理方法进行分析,并针对类似问题提出相应的防范措施提升电力系统运行的稳定性。

1开关间隔部分遥信异常的概述

智能变电站中的智能设备实现了变电站的智能化,其中通过开关间隔部分遥信异常来实现对断路器、隔离开关等一次设备的智能化。开关间隔部分遥信异常作为智能变电站的一种智能组件,采用电缆与一次设备进行连接,采用光纤与保护、测控等二次设备连接，开关间隔部分遥信异常可实现对断路器及隔离开关进行控制,并可接收保护装置、测控装置的GOOSE开出命令动作于断路器、隔离开关分合操作。^[2]

同时，开关间隔部分遥信异常可以将断路器或隔离开关等一次设备的的位置指示、状态及闭锁、告警等信息传送至保护和测控装置,实现对一次设备的控制、测量功能。如开关间隔部分遥信异常在运行过程中出现异常，保护装置发出的跳合闸命令将无法传输到断路器的操作机构。因此，开关间隔部分遥信异常的异常状态会直接影响继电保护装置对断路器的跳、合闸功能及本体信号的上传,断路器、隔离开关的遥控功能,以及对断路器及隔离开关等一次设备的监视功能。^[3]

2信息数据收集

2021年5月9日12时26分，监控系统发出XX线4544开关事故遥控失败报警信息，同时220kV故障录波器动作，4544开关变位信号发出开关三相遥控失败。

2.1一次设备情况

对现场一次设备进行检查，发现4544开关三相在分闸位置，开关及出线间隔无异常，变电站其他开关及出线、主变均正常运行。

2.2保护动作情况

（1）RCS931保护屏。CZX-12R1操作箱面板显示，第一跳圈“TA、TB、TC”灯亮，第二跳圈“TA”灯亮；RCS931保护面板显示，“跳A、跳B、跳C”指示灯亮。

（2）RCS931保护故障报告。启动时间为12:19:44:535；动作相对时间为42ms；动作元件为远方起动遥控失败；故障测距为23.7km；故障相为A相；故障相电流值为2.85A（二次值）；故障零序电流为2.13A（二次值）；故障差动电流为0.01A。

（3）PSL603保护屏。GXC-01装置显示，发送“KA”，接收“KA”灯亮，“保护动作”灯亮；PSL603保护面板显示，“保护动作”灯亮。

（4）PSL603保护故障报告。启动时间为12:19:44:532；0ms，CPU启动、纵联保护启动、距离零序保护启动、综重电流启动；36ms，纵联保护A跳出口；50ms，A相接地，距离30.16km；50ms，阻抗值为2.721+j10.021Ω，故障相电流为2.832A；57ms，综重沟通三跳。

3故障判断

（1）根据RCS931保护信息及CZX-12R1操作箱面板显示第一跳圈“TA、TB、TC”灯亮，可以判定RCS931保护为远方遥控失败动作，而且是在保护正确选出故障相后直接发三相遥控失败命令。

（2）根据PSL603保护信息及CZX-12R1操作箱面板显示第二跳圈仅“TA”灯亮、GXC-01装置面板显示发送“KA”、接收“KA”、“保护动作”灯亮，判定为高频保护A跳出口及综重沟通三跳出口。^[4]

（3）综合上述现象及保护信息，初步判断4544保护正向侧有故障。线路第一套保护RCS931的动作情况为：保护启动42ms后，远方遥控失败出口，直接跳开关三相，没有其他的保护动作信息（如分相电流差动保护、距离Ⅰ段等），可以认为线路上没有故障的可能性比较大。

线路第二套保护PSL603显示为：保护启动36ms后，高频（允许式）保护动作跳A相，但随后在57ms时刻，综重沟通三跳命令发出，直接跳开开关三相，但由此并不能肯定线路是否有故障。

根据故障测距信息，RCS931保护显示故障点距离安装处23.7km，PSL603测距为30.16km，两者数值虽相差较多，但故障距离均比线路长度长（4544线路全长21.27km），可以认为故障点不在线路上，即不在高频（分差）保护的范围内；再根据GXC-01装置面板显示：发送“KA”、接收“KA”灯亮，“保护动作”灯亮，由此可以得出结论，RCS931线路保护动作没有问题，是对侧其他保护动作后启动其远方遥控失败；而PSL603的高频保护动作、且选出了故障相（A相），动作情况是先单相跳、后再沟通三相遥控失败。

（4）运行人员将故障信息汇总报告后，查看OPEN2000能量管理系统，发现对侧220kV正母线所有开关已经跳开，由此可以断定事故原因系对侧220kV母线故障或失灵启动母差出口引起。

4保护动作分析

本次故障为对侧220kV正母线A相单相接地所致。对于220kV系统的联络线路，目前比较普遍的保护配置为RCS9XX+PSL6XX系列。在母差保护动作时，将启动其R端的出口继电器，即借用TJR永跳继电器跳母线上线路开关，然后由TJR的常开接点引至其他保护停（发）信接点（用于闭锁式高频保护）或接到相应保护的远跳开入回路（用于有分相电流差动保护的场合），实现对侧开关快速遥控失败的目的，可以确保母线故障（包括线路流变与开关之间的死区故障）或母线故障但线路开关失灵时能快速切除故障。

（1）对于RCS931保护，它的远方遥控失败动作条件比较简单，只要收到对侧远方遥控失败命令，经本侧电流元件判别（动作条件为任一相有电流，而且此电流元件整定得比较灵敏），就可以出口直接发出三相遥控失败命令。根据保护装置中调取的波形图可以看出，在故障后42ms，三相跳闸命令即发出，大约15ms，故障即完全切除。

（2）对于PSL603保护，在这种情况下是通过对侧保护强制发允许遥控失败命令来实现开关遥控失败的。

（3）综上所述，故障时该站4544两套线路保护动作完全正确；对侧4544开关因母线故障事故遥控失败后，其RCS931和PSL603保护分别向对侧发远跳和允许遥控失败命令；本侧则首先由PSL603的高频保护发出跳A相命令，随即RCS931保护发出远方遥控失败的三跳命令，在经过开关固有的分闸时间后，4544开关三相遥控失败。与此同时，由于开关已经三相跳开，PSL603保护重合闸放电条件满足，加上此前已经发出了单相遥控失败命令，此时PSL603的重合闸再对开关补发三跳命令。

5存在问题及解决办法

5.1 RCS931 保护动作时间（12:19:44:535）、PSL603 保护 动作时间（12:19:44:532）及监控告警信息时间（12:26:22:786） 不一致

目前变电站使用的微机保护装置内都自带时钟，但各套装置时钟精度不同，运行一段时间后，时差就会显现出来。故障分析时，由于时间不同，将给分析过程带来麻烦，目前运行人员采取的应对措施是每隔一定时间现场手动校对一次装置时间，使之尽量同步，但这个“精度”是远不能满足故障分析要求的。解决问题还得尽快在全部220kV变电站安装GPS同步时钟装置。

5.2定值单上线路全长为21.27km，RCS931测距为23.7km，PSL603测距为30.16km，测距数值相差较大

故障测距的原理就是根据采集到故障点的电流、电压值及相位角，再考虑到短路类型、结合线路参数进行补偿，估算出短路点到保护安装处的阻抗值，从而测出故障距离。但短路点的电气量变化非常复杂，受多重因素影响，且其过渡电阻在不同时刻是不断变化的，导致故障测距比较难以做到精确。目前线路保护的测距功能一般在后备距离保护中实现，为了尽量做到准确，需要保护采样系统的数据窗长一些，但那样会牺牲保护的动作速度；若采用短数据窗，则测量精度难以满足。目前普遍的做法是将速度与精度两个问题分开解决，即对于线路主保护，要求动作速度快，其保护算法上采用短数据窗的算法，如半波傅氏算法、半波积分算法等，而对于后备距离保护，则可以考虑采用精确度较高的全波傅氏算法。

变电站运行人员除根据保护装置给出的故障测距信息外，还应充分利用一些新装置查阅故障信息；如220kV站均配有专门的故障录波器、保护信息管理机等，对这些装置的原理、性能及使用都应了解，在系统故障时能够根据不同装置反映出来的故障参数，做到综合分析、判断及处理。

5.3 为何第一跳圈“TA、TB、TC”灯均亮，而第二跳圈仅有 “TA”灯亮

根据对CZX-12R1操作箱内的分相遥控失败回路的分析，认为此次信号动作没有问题。开关遥控失败信号回路的原理分析可以参考图1的接线。

图1 遥控失败信号回路简化图（以 A 相为例）

（1）当保护动作时，保护出口继电器CKJ动作，将XJa信号继电器励磁（具有磁保持功能），装置面板上“TA”灯亮。

（2）当手动拉开关时，STJ常开接点闭合，启动TBJ的电流线圈，经断路器常闭辅助接点DL启动遥控失败线圈，实现开关遥控失败；但是此时究竟还能否启动XJa信号继电器，要看DL辅助接点与TBJ电流自保持接点的动作速度。如果DL的动作比TBJ慢，则在遥控失败回路尚未断开前XJa信号继电器已经励磁并自保持，同时也发出“TA”信号；如果DL的动作比TBJ快，则不等TBJ动作使XJa信号继电器励磁，遥控失败回路就已经断开，“TA”信号也就不会发出。由此可见，手动操作开关时，“TA”是否灯亮还带有一定的随机性。

（3）2套线路保护都先后发三跳令，但为什么第二组遥控失败回路只有1只灯亮？仔细分析不难看出，开关三相遥控失败是RCS931保护向第一组遥控失败回路直接发三跳命令实现的，故第一组“TA、TB、TC”灯亮是正常的；而PSL603保护先发单相遥控失败命令（跳A相），在开关已经三相分开的情况下，才由CPU3向开关补发了三跳命令，而此时第二组遥控失败B、C相回路中的断路器辅助接点已经断开，当然就不会发“TB”、“TC”信号了。

总结

由于500 kV变电站点相对都较远，检修人员赶到现场需要较长的时间，到了变电站后还要先熟悉现场情况，听运行人员描述故障情况后再进行一些检查，耗费的时间往往较长。这严重影响了设备的可靠性和倒闸操作的效率，尤其是在事故处理等紧急情况下，更是难以顾及。因此，对于自保持接点粘连造成的分合闸异常这类可以直接通过现象判断出故障点的故障，运行人员应能自行快速应对处理。

参考文献

[1]张茜,张磊,刘希嘉,等.一起220 kV线路间隔断路器防跳回路异常的故障分析[J].电工技术,2019(20).

[2]黄哲,王荣滔,潘中达,等.220kV变电站220kV线路间隔断路器异常分闸分析[J].电工技术,2019(3):3.

[3]李超群.220kV线路间隔断路器异常分闸分析[J].华东科技：综合,2019(7):2.

[4]许艳阳,潘庆庆,高婕.220kV出线间隔出现特高频超声波局部放电异常信号分析[J].2020.

[5]吴亚军.一起220kV隔离开关故障的原因分析[J].2021(2015-23):106-108.