一起10 kV线路保护误动事件分析

梁永欣，武冬冬，宋玉锋，马镛湛

(国网晋城供电公司，山西 晋城 048000)

0 引言

目前，智能电网在我国正处于大规模建设阶段，一大批融合了新技术的智能二次设备相继投入电网运行，二次设备质量的参差不齐影响了继电保护的可靠动作。10 kV线路保护误动，对于10 kV电网来说是重大安全隐患，而山西晋城地区10 kV电网负荷多为煤矿企业，因其开采空间和煤层结构的特殊性[1]，如果供电安全可靠性得不到保障就会引发严重的安全事故，因此，必须加强对10 kV线路保护的运行管理，防止保护误动发生。

1 事件概况

2013-05-05，国网晋城供电公司运行人员发现晋城地区某110 kV智能变电站10 kV备用线867线路保护频繁告警，告警内容为线路保护过流Ⅰ段动作。由于当时该间隔处于冷备状态，因此未造成负荷损失。保护动作前，该110 kV智能变电站接线方式如图1所示。110 kV设备为扩大内桥接线，进线134，135分列运行，分别带#3，#2主变压器所有负荷，10 kV Ⅲ段、Ⅱ段母线分列运行。10 kV备用867间隔为10 kV Ⅲ段母线上的备用间隔，一次回路未接任何出线，采用小车开关且处于试验位置，断路器为分位。

图1 保护动作前系统接线

2 事件检查

(1)确认事件发生前867线路保护、其他间隔保护装置以及直流电源系统等是否存在异常告警现象。调阅了事件发生前该智能变电站内的后台监控记录，事件发生前该110 kV智能变电站867线路保护及其余二次设备未有告警等其他异常信号。

(2)检查867间隔检修及工作记录。该110 kV智能变电站投运尚不足1年，从其投产验收记录查到：该线路保护功能试验及回路检查未发现异常，设备检验合格。从相关工作记录查到：867间隔投运以来未进行过任何检修工作。

(3)检查867线路保护装置及其二次回路。现场发现该保护装置过流动作指示灯亮，表明过流保护已动作。检查电流回路未见异常，且不可能存在外部故障电流，确认此次保护动作为误动。从2013年5月5日开始，保护装置的事件记录共计40条(该类型保护总共可以储存40条报文)，均为过流I段动作，其故障相为B相，电流从4 A到17 A不等(过流I段定值为3 A)。

(4)从保护装置导出故障录波文件。现场采用与该系列保护装置相配套的软件，将装置故障录波文件复制到笔记本电脑中，以备进一步分析误动原因。

3 原因分析及查找

既然现场已经确定保护装置不存在外部电流，保护误动的原因分析就应该从保护装置自身的工作过程入手。

3.1 录波图分析

图2为此次过流I段动作出口时的录波图之一，从图2可以看出，保护电流B相叠加了类似直流的波形，Ib在-5 ms及之前已经为-35 A左右，到-4 ms时突变为15 A左右，该录波分析软件的信息查询显示故障电流为5.465 A，大于定值3 A(时限为0 ms)，完全满足了保护的动作条件，导致过流I段保护误动。结合实际B相无电流，且故障电流均出现在B相的情况，初步怀疑867线路保护装置的B相电流采样有问题。

图2 保护误动录波图

针对上述现象查阅相关资料，发现由于采样数据异常导致保护误动的事故在电网中时有发生[2]。如某供电公司500 kV保北站处于冷备用状态的220 kV旁路保护因AD654芯片故障,使Ib采样成为-2.6 A左右的直流分量,最终导致振荡中Ⅰ段误动作。

尽管数据异常导致保护误动的几率很小，但微机型保护若无其他措施，理论上存在因出现“坏数据”而导致保护不正确动作的可能。因此，不排除此次备用867间隔过流I段误动的原因就是B相电流采样异常，需进一步查找导致装置采样异常的硬件、软件方面的原因。

3.2 采样异常的原因分析[3-5]

(1)保护装置外部的原因。如故障、冲击负荷、直流操作等产生的高次谐波，当微机保护装置的滤波器不能有效滤除其影响时，正巧被A/D采到，但此次误动显然已经排除了这种可能。

(2)保护装置本身的原因。如数据采集系统的某个芯片故障，导致相关通道采集的数据错误；数据采集系统的电源发生故障，各个通道的采集都不正确；受到较大的外部干扰时，由于装置本身的设计原因，没有很好地加以防护；由于器件自身的质量问题，使得数据采集系统“噪声”过大而产生坏数据。结合此次过流I段频繁动作、异常数据都为B相电流以及之前全站无异常告警的现象，可以排除数据系统电源故障，因为如果是数据采集系统的电源故障，会导致各个模拟量通道的数据采集都不正确。因此，装置内部某个芯片存在故障或器件自身质量问题导致“坏数据”的可能性较大。

3.3 保护误动原因查找

由于三相保护电流都是由同一片AD芯片采集到的，而实际只有B相有异常，由此可初步排除AD芯片损坏，问题最可能出在AD前端，这中间包括了CPU板的一部分、母板和AC插件的一部分。将CPU板寄回厂家，对AD回路相关部分进行X光检测，未发现有虚接的问题(虚接会导致AD芯片采到的电压不稳，产生类似于图2的波形)。

拔出AC插件进行检查，发现安装导轨与实际要求不符，AC插件和母板端子未可靠插紧。由于B相保护电流的接线端子布线正位于端子靠右侧的第一路，受影响最大，从而造成B相电流进入AD芯片的模拟量悬空，形成浮空电压；浮空电压产生了图2所示的类似直流波形，最终导致线路保护误动作。

4 存在的问题及防范措施

(1)通过对此次误动事件的分析，发现目前某些二次设备生产厂家生产工艺较差，而微机继电保护装置本身属于电子产品，其质量稳定性不仅取决于设计的合理性及元器件的性能,而且与整个制造过程及工艺手段有很大的关系。建议保护装置生产厂家加强对产品加工环节的质量控制，避免同类事件再次发生。

(2)采样异常后，该线路保护缺乏必要的防止误动的措施。笔者在另一座110 kV智能变电站中也曾遇到过类似情况，当时是主变压器中压侧合并单元的交流插件未插紧，但主变压器保护自动判别为零飘越限，随后闭锁保护，从而避免了误动的发生，而从录波器上截取的波形也与此次误动事件类似。因此，建议微机继电保护装置无论从硬件电路设计、元器件选择、数字滤波设置，还是软件算法选择、编程技巧等环节都应采取有针对性的防范措施,做到不因自身原因产生坏数据、不引入坏数据、不使用坏数据、不因坏数据导致不正确动作。

(3)这类设备缺陷在正常运行中是很难提前被发现的，需要二次检修人员在日常运行维护中有足够的技术敏感性，对出现的保护异常信号、频繁动作等予以足够的重视，问题的原因要一查到底，只有这样才能最大限度地保证继电保护动作的准确性，使之真正成为电网可信赖的安全卫士。

参考文献：

[1]包小桃,夏葵.分析提高煤矿供电安全可靠性综合措施研究[J].中小企业管理与科技,2012(10):119-120.

[2]常风然,赵自刚,周纪录，等.微机保护采样数据异常问题的分析与对策[J].继电器,2005,33(1):77-79.

[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，1997.

[4]刘群，曹凯丽，武慧霞，等.微机变压器保护典型设计介绍[J].电力自动化设备，2001,21(9):35-37.

[5]肖洪，丁磊，王瑞.微机主变压器保护研究[J].电力自动化设备，2005,25(11)：48-50.