一起合并单元异常引起主变差动保护启动的故障分析

一起合并单元异常引起主变差动保护启动的故障分析

沈凯安查恩辰

（南京供电公司江苏南京210002）

摘要：智能变电站适应我国当前和未来社会发展所采取的电网发展方式，有着广阔的发展前景，但其作为新兴产物，目前在验收和运行过程中仍存在诸多问题。本文针对某变电站一起合并单元异常引起主变差动保护启动的故障，详细分析了从一次设备到保护装置的故障范围排查过程，初步推断了保护误启动的真正原因，即合并单元发送给保护启动元件的电流数字量异常。并提出了运维人员在智能变电站中相关设备验收及故障处理需注意的一些事项，继而为智能变电站事故处理提供一种有效的思路。

关键词：合并单元智能变电站

一、合并单元装置的原理与功能

在智能变电站设备中，合并单元作为过程层设备完成电气量的采样和A/D转换，再通过光纤将采样的数字量直接传送给保护、测控装置，是一个中间数据处理设备。

1、合并单元的功能

合并单元（MergingUnit，简称MU）是伴随智能变电站的兴起而出现的新设备。当前的智能变电站系统构建主要包括控制层、过程层、间隔层等几个部分，其中，过程层负责传输模拟量、开关量、跳闸等信号，而合并单元是智能变电站过程层的核心设备之一，其主要功能是来实现对互感器输出的电流和电压等模拟量的同步采集和合并处理，同时为互感器提供统一的输出接口，使不同类型的互感器于不同类型的二次设备之间能够互相通信。并将同步采样数据传送给间隔层的保护设备，以进行保护逻辑的判断。

保护装置一般设有保护起动元件，起动后开放出口正电源，同时开放保护CPU相应的保护元件。只有在相应的起动元件动作，同时保护CPU对应的保护元件动作后才能跳闸出口；否则无法跳闸。保护启动元件与动作元件所需的数字量由合并单元的两个不同A/D转换单元转换得来，这两个A/D转换单元的输入模拟量相同，为同一互感器提供。

二、NSR-378DD型变压差动保护装置工作原理

主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障等。差动保护的保护范围为变压器各侧电流互感器之间，变压器差动保护主要配置有差动速断保护和比率差动保护。

1、差动速断保护

当变压器内部、变压器引出线或变压器套管发生故障CT饱和时，CT二次电流的波形发生严重畸变，为防止比率差动保护误判为涌流而拒动或延缓动作，采用差动速断保护快速切除严重故障。其动作判据为：

三、110kV某变电站异常案例

1、异常前运行方式

110kV某变电站为智能变电站，发现异常前运行方式如下：

110kV系统：FJ#1线94C，FJ#2线94E运行，备用999、备用998冷备用，1号主变高压侧701开关运行，1号主变运行，2号主变高压侧702开关运行，2号主变运行；

10kV系统：1号主变101A、101B开关，2号主变102A、102B开关分别对10kVI、II段母线充电，10kVI、II段母线运行，无出线负荷，110开关热备用，备自投投入。

2、事件过程

2016年7月下旬，在一次对该站的正常巡视中，运维人员发现该站1号主变差动保护装置有若干次启动信息（但保护未动作），查看保护启动信息后发现，这几次的保护启动情况相似，均为1号主变变二侧101B开关电流较大（最大相电流二次值为3.9A至33A不等，CT变比3000/5），而101A开关与高压侧701开关电流几乎为零，从而差流达到启动定值，保护启动。

经现场查看发现，主变差动保护软压板投入方式正确，差动保护装置整定值正确，现场一次设备位置及状态未发生改变且无异常，暂未发现其他异常情况。

3、异常原因分析

首先，110kV智能变电站的主变保护与合并单元之间采用点对点的通信方式，即差动保护的电流数字量由专门的电流合并单元（差动合并单元）将相应互感器的模拟量转换而来；后备保护所需的电流电压数字量由后备合并单元将相应模拟量转换得来。

由于1号主变低后备保护无异常信号，保护装置屏上101B电流显示正常（由于无出线负荷，101B开关电流正常值为0左右），同时现场相关一次设备无异常情况，因此可以排除101B断路器及其流变故障。

查询1号主变差动保护定值单可知，1号主变差动速断与比率差动均处于投入状态，差动保护电流启动定值为0.6Ie，差动速断保护动作定值为6Ie。比对现场数次保护启动的纵差差流值发现，所有保护启动时的纵差差流均达到启动定值，保护启动均为正确动作。同时，通过对2016年7月18日主变差动保护故障录波分析发现，A相、B相纵差差流于14.292秒出现尖峰，持续0.001秒，保护启动；14.293秒差流消失，保护启动后未动作。综上分析可以得出，保护的动作逻辑完全正确，可排除保护装置故障。

因此，通过上述分析可将故障范围锁定在合并单元设备上。综合故障录波图和合并单元双A/D转换原理分析可初步得出，故障原因为合并单元发送给保护启动元件的电流数字量发生错误导致保护误启动，而发送给保护动作元件的数字量正常故保护无误动作。之后联系合并单元厂家到现场进行装置检测后发现，合并单元A/D转换单元存在个别点数据异常（跳大数）现象，导致发送给保护启动元件的采样值发生异常，从而引发此次保护误启动情况的发生。

针对合并单元发送采样值异常的情况，已联系相关厂家更换合并单元及相关报文发送插件。自八月初更换工作完成至今，1号主变差动保护未出现保护误启动现象。

四、建议及预防措施

针对此次故障事件的缘由，运行人员、检修人员在智能变电站设备验收时，应对合并单元进行长时间加量试验，观察其输出采样值有无异常，保护有无异常现象，确保其运行可靠性。

另外，运行人员在巡视智能变电站时，应重点巡视合并单元、智能终端及与其相关的装置，对相关报文及告警信号作仔细检查，发现异常及时反映处理，不断提高智能变电站的运行可靠性。同时，要熟悉智能变电站中合并单元、智能终端的功能及其与保护、测控、互感器等装置的通信方式，当智能变电站中的设备发生异常情况时，做到冷静分析、不盲动，及时、正确汇报并配合调度进行操作，及时消缺，确保智能变电站长期安全运行。

参考文献

[1]智能站合并单元现状及发展方向研究[J]2014

[2]国电南瑞新一代NSR386AG合并单元装置技术和使用说明书

[3]国电南瑞NSR-378主后分体变压器保护装置技术和使用说明书.