GPS对时异常引起数字化主变差动保护动作分析

于培杰　马奇

摘要：文章介绍了某110kV变电站因GPS对时异常造成数字化主变差动保护动作，并对差动保护装置高、低压侧数据采集方式及同步情况进行了介绍，着重剖析了SNTP对时异常造成差动保护动作，最后依据结论提出了相应解决措施，防止此类情况再次发生。

关键词：数字化；主变；差动保护；GPS对时；SNTP 文献标识码：A

中图分类号：TM772 文章编号：1009-2374（2015）03-0128-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0253

随着数字化变电站不断的投入运行，数字化的保护也伴随着在站内得到广泛应用，对该新型保护的特点进行全面了解变得非常重要。当系统发生故障时，如何正确分析其故障性质及继电保护的动作行为，是确保电设备安全运行的基础。

1 事故简介

2012年03月30日11时35分，该站2#主变压器差动保护在无故障的情况下动作，主变压器高、低压侧开关112、102跳闸，10kV东母线失压，接着低压侧母联备自投保护动作，合上母联开关100，没有造成负荷损失。该变压器保护为许继电气有限公司生产，为WBH-815B型数字化保护装置。

事故时运行方式：该110kV数字化变电站于2011年8月底投入运行，故障前系统运行方式如图1。两台主变分裂运行，低压侧母联开关100在分位，1#变压器高压侧运行于110kV西母，带10kV西母负荷，开关111、101在合位；2#变压器高压侧运行于110kV东母，带10kV东母负荷，开关112、102在合位。

2 保护动作行为检查

故障报文信息如下所示：

2#变压器差动保护动作信息

2012-03-30 11∶35∶34.904 ms 启动

比率差动保护动作 5ms

A相差动电流 1.482A

B相差动电流 1.486A

C相差动电流 1.455A

后台机报文信息（10kV设备和后台机时钟不同步）

2012-03-30 11∶35∶34.905

2#主变比率差动保护动作动作 相对时间 5ms

2012-03-30 11∶35∶34.906

2#主变高后备，北112分 （112开关跳开）

2012-03-30 11∶35∶34.960

2#主变低后备，低断路器返回 （102开关跳开）

2012-03-30 11∶24∶19.639

10kV母联，备自投启动启动 （备自投启动）

2012-03-30 11∶24∶24.642

10kV母联，备投跳进线二动作动作 （备投跳北102）

2012-03-30 11∶24∶24.643

10kV母联，事故总信号合 （备自投动作）

2#主变本体智能接口装置SNTP通讯异常状态动作

2012-03-30 11∶35∶50.941

112智能接口装置SNTP通讯异常告警动作

2012-03-30 11∶35∶51.480

3 保护动作原因分析

通过对后台机报文分析，保护动作时刻，站内需要GPS对时的智能接口装置均出现SNTP异常和秒脉冲中断，SNTP即根据接受的时钟源信息，按简单网络时间协议，输出同步信号的方式。

2#主变保护装置所录故障波形显示，确实因高压侧和低压侧之间差流过大，超过保护定值（1.37A），导致差动保护动作。通过现场检查，故障发生时，天气晴朗，无人员在2#变压器一、二次设备上进行工作，也未发现一次设备故障点。分析认为GPS对时异常导致的装置误动。

3.1 主变差动保护装置高低压数据采集及同步

如图2所示，主变两侧的电流值分别经高压侧合并器DMU-802和低压侧智能单元DTI-801合并成SMV9-2报文后，上送至交换机，再由交换机传送给保护装置。目前由于这两种设备硬件差异，在对时秒脉冲（PPS）的处理上略有不同。

当对时装置GPS-801一直处于卫星同步时，将输出脉宽为200ms的秒脉冲，失去卫星同步时将按自身晶振计时，输出脉宽为1us的秒脉冲，如图3所示。因卫星同步时输出秒脉冲和GPS装置按自身晶振计时输出秒脉冲的上升沿在一定情况下可能存在一定的误差△T。对DTI-801来说，1us的秒脉冲在硬件上无法有效识别，而DMU-802可以正常识别，这就导致GPS装置发生故障后，DTI-801设备将按装置自身晶振进行守时处理，和GPS装置故障前的PPS节拍保持一致，并按此时节拍输出SMV_1，而DMU-802将按1us脉宽的PPS节拍输出SMV_2，如图3所示：

3.2 保护动作原因

查看GPS对时装置配置时，发现电口和光口均配置有SNTP对时，并且全部连接到对时网络。接着对连接到主钟电口的网络进行抓包，发现主钟、备钟对时网络形成了环路，此情况下因网络流量过大，容易对电口造成冲击，从而引起GPS装置故障，造成智能接口装置SNTP频繁对时异常。从而导致该段时间，保护装置接收到高、低压侧的两路SMV报文中，同一点号的报文并不是同一时刻所采样到的电流值，而是存在△T的时间差，如图4所示。而保护装置仍按同时刻报文给予对齐处理，从而导致某一时刻差流过大，超过了保护定值，致使差动保护动作。

因△T的大小具有偶然性，若其足够大，将使保护闭锁，若其小于一定范围内，保护则不闭锁。这也说明，GPS对时装置发生那么多故障并导致SNTP异常，仅这一次造成差动保护动作。

4 结语

通过上述分析，GPS对时装置故障引起SNTP频繁对时异常时，合并器DMU-802和智能单元DTI-801两种硬件在对时秒脉冲（PPS）处理上的差异。造成差动保护装置接收到高低压侧同一点号的报文并不是同一时刻所采样的电流值，而是存在时间差。而装置仍按同时刻报文处理，从而导致保护装置某一时刻差流过大，造成保护动作。为杜绝此类问题再次发生，联合厂家采取以下措施：一是对GPS对时装置进行重新配置，仅光口配置SNTP对时，电口不再配置，避免因主钟、备钟对时网络形成环路，因网络流量过大引起GPS装置故障；二是对GPS对时装置进行程序升级，使其发生故障或重启时，若没有同步到卫星时间，则不输出秒脉冲。采取措施后，截至目前此型号保护装置未再误动过。

参考文献

[1] 袁文嘉，李敏霞，姬希军.一起区外故障引起主变差动保护动作的分析[J].电力系统保护与控制，2009，（23）.

[2] DMU-801系列数字式合并器使用说明书[S].2008.

[3] 冯军.智能变电站原理及测试技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

作者简介：于培杰（1980-），男，河南周口人，安阳供电公司工程师，研究方向：电力系统继电保护；马奇

（1986-），男，河南周口人，郑州供电公司助理工程师，研究方向：电力系统运行。

（责任编辑：陈 倩）