RCS－978系列变压器成套保护装置误动的分析.pdf

S 电 力 安 全 技 术 第 1 4 卷( 2 0 1 2 年 第l 2 期) R C S - 9 7 8 系列变压器成套保护 装置误动的分析 宗榜林，张建民，杨恒云，赵德峰 ( 淮北供 电公 司，安徽 淮北2 3 5 0 0 0 ) 摘要通过对 R C S 一 9 7 8系列变压器成套保护装置误跳闸事故的分析，生产厂 家提 出了反措 要求，同时供 电企业也制定了整改措施 ，从 而有效地防止类似事故的发生，提高 了变电站设备的运 行管理水平，确保 电力系统安全、稳定运行。 关键词R C S - 9 7 8 ；变压器；保护装置；误动；整改措施 RC S - 9 7 8系列 变压 器成 套 保护 装 置适 用于 2 2 0 k V及 以上的 电压等级。此 系列成套保 护装置 具有高性能硬件 ，能实时计算 ，能独立运行 ，即以 启动加保护动作出口跳闸方式 ，杜绝保护装置硬件 故障引起的误动。RC S - 9 7 8 系列成套保护装置采 用独特的差动二次电流相位调整方法 ，用 向 Y 变换调整变压器各侧 T A二次 电流相位 ，因此故障 相、非故 障相具有明显特征。保护装置中励磁涌流 闭锁判据可以实现分相制动 ；其保护装置中高灵敏 度的工频变化量差动保护 ，利用工频故 障分量构成 的工频变化量比率差动保护 ， 不受负荷 电流的影响， 灵敏度高 ，抗 T A饱和能力强；保护装置中可靠的 比例差动保护，采用初始带制动的比例差动特性， 具有 T A饱和判据等优点。 RC S - 9 7 8系列变压器成套保护装置 已经在 电 力系统中运行了多年 ，经历 了内外故障的考验，装 置反应正确 ，同时该装置以其先进的原理、方便的 调试得到了现场人员的认可。但是，2 0 1 2 - 0 1 -3 0 ， 在公司 2 2 0 k V南坪站变 电站却发生 了一起前置运 算放大器 O P 4 9 7 异常，造成保护误动，从而引起 变压器三侧断路器跳闸的严重事故。为了防止类似 事件的发生，保证电力系统安全稳定运行，应采取 必要的措施。 1 现场保护装置情况 2 2 0 k V南坪站变 电站 2 号主变保护采用双重 一 一 化配置 ，使用的保护型号为南瑞继保公司 2 0 0 2年 生 产 的 RC S - 9 7 8 E变 压 器 成 套保 护装 置。 由于 2 0 0 2年 以前没有 RC S - 9 7 8 E校验规程 ，该 装置投 入运行前 ，公司现场安装人员和厂家现场服务人员 按照厂家调试大纲对其进行 了全面的校验。检验结 果表明该装置的各项参数及功能完全符合厂家调试 大纲的技术要求。 RC S -9 7 8 E变压器成套保护装置投入运行后正 常。2 0 0 3 - - - 2 0 0 8年 ，每年均对该装置进行 1 次全面 校验 。2 0 0 9年后 ，按照安徽省 电力 公司文件 的要 求，结合状态检修情况开展每 2年进行 1 次部分检 验 ，每 4年进行 1 次全部检验的活动，均未发现装 置有异常情况。由于当时没有保护装置软件版本的 规定 ， 因此 RC S - 9 7 8 E保护装置没有升级。 2 0 0 7 年 ， 安徽省 电力公司下达 了 安徽 2 2 0 k V继 电保护装 置许可软件版本的通知 ，但没有及时对其进行核 对升级。对于 RC S系列微机保 的电源板 、C P U板 和 MO N 板，由于 2 0 1 2年 以前没有相 关规程和规 定要 求更换，因此现场运行的插件仍 然是 2 0 0 2年 生产的设备。 2 保护装置动作情况 2 1 A套 R C S - 9 7 8 E保护 2 0 1 2 0 1 3 0 T 0 5 ： 0 6 ： 4 3 ： 6 9 3 ， 2 2 0 k V 南坪站 2 号 主变A套RC S 一 9 7 8 E 差动保护动作； 0 5 ： 0 6 ： 4 3 ： 7 2 6 ， 1 1 0 k V和 3 5 k V侧 断 路器 分 闸； 0 5 ： 0 6 ： 4 3 ： 7 2 8 ， 第1 4 卷 ( 2 0 1 2 年第 l 2 期 ) 电力安 全技术 2 2 0 k V侧断路器分闸。 保护跳闸后查看装置发现，装置面板显示 “ 保 护跳闸”灯亮，“ 运行”灯灭，“ 告警”灯亮。通过 保护装置前面板翻查动作报告，未发现有当日 跳闸 报告，异常事件里报 0 5 ： 0 6 ： 3 7 ： 4 7 6“ 保护板长期 起动” 由0 变为 1 ，0 5 ： 0 6 ： 4 2 ： 3 1 5“ R L Y T S T ”由 0 变为 1 ( 跳闸出口监视 ) 。查看装置采样发现，中 压侧保护板 C相电流采样异常， 最大可达 6 A以上， 调整后差流可达 1 6 ， e 额定电流 ； 管理板采样正常。 2 2 B 套 R C S - 9 7 8 E 保护 装置面板显示正常 ， “ 运行”灯亮，“ 保护跳闸” 灯不亮，装置管理板及保护板采样均正确。 3 保护装置异常分析 硬件研发人员对 C P U板插件 中压侧 C相 电流 的采样回路器件进行检测后发现，该通道的前置运 算放大器 己损坏 ，并且这个损坏形式非常特殊，不 但不能产生正确的信号输出，同时也会影响其输入 端的电平 ，进而影响了 MO N 的采样数据。 由于装置 中只有 1 个运算放大器进行电流信号 变换 ，对于任一双 C P U系统而言，每一组模拟量 在分别进入 C P U系统和 MO N系统之前，均会存 在公共环节。由于损坏 的器件是 C P U板上的运算 放大器 ，按理该芯片损坏只会影响其输出信号 ，这 样装置的双 C P U系统和采样设置是完全可以防止 这种情况下发生的保护误动。但是，本次运算放大 器损坏的形式极为特殊，它不仅在输出管脚上出现 了很大的直流偏置及高频电压分量，同时也在输入 管脚上出现了很大的直流偏置信号 。而输入管脚上 出现的偏置信号通过公共 回路 ，对 MO N板的模拟 量输入端有一定的影响，这样就导致 了 C P U板和 MON板的采样同时出现异常 ，并且这种采样异常 反应到 D S P就是很大的短路电流，从而导致了保 护装置动作。C P U插件的前置运算放大器的输人 和输出管脚电平如图 l 所示。 图 l 中波形 l 为 C P U插件运算放大器输出管 脚的电平 ，该 电平呈现的特征是在一个很高的直流 偏置上叠加了一个周期信号；波形 2 为运算放大器 输入管脚的电平， 可见输入端为一个直流电平信号。 由此可见 ，由于该运算放大器 的损坏 ，C P U 板和 MO N板 的采样均受到 了影响，只是 MO N 板采样 S 被叠加的为直流信号，而保护装置会滤除采样信号 中的直流分量，所以现场通过目测没有能够发现管 理板采样的异常情况。在正常运行过程中，C P U 板和MO N板的采样信号是一个很小的值，由于该 运算放 大器 的损坏，导致 了 C P U板和 MO N板的 直 流偏置 。在这 个暂态 过程 中，C P U 板和 MON 板同时感受到了快速变化的幅值很大的电流，从而 产生很大的差电流，引发差动速断保护动作。 ， 一 上 J ， 一；， 、 一j 一 r i i波 1 ii I _ j ； i波形2 i i i ； 图 1 前置运算放大器的输入和输出管脚电平 在故障的瞬间，中压侧电流峰值达到6 0 A，但 是很快就会消失，说明中压侧电流已经进入运算放 大器 的稳态过程 ，稳定在了很大的直流偏置叠加部 分周期信号 的波形 。中压 侧的 电流导致 了峰值接 近 8 0倍的差 电流 ，从而产生差动速断保护的动作。 所以本次 C P U 板的采样 回路运算放大器 出现了概 率极低的特定损坏形式，导致采样数据 出现了超过 目前 已经考虑采取措施之外的情况，造成了本次保 护装置的误动作。同时也可以看出，每个系统中只 有运放器件 的损坏 ，并且在其损坏之后需要 出现反 向输出较大电压的情况才会影响到另一个系统的运 放 ( 运算放大器是输入元件 ，正常情况时输人 阻抗 很 大 ) ； 其余 单个 C P U系 统 中 AD，D S P，C P U， F P GA，C P L D和光耦 隔离等任何元器件 的损坏均 不会影响到另一个系统 。 保 护装置 中采用的运放器件 是美国 AD公司 生产的工业级别的芯片 ，它己在现场大量应用。上 百万片该芯片在现场经受了长期运行的考验，故障 概率极低。此次器件的损坏同时影响输入和输出的 情况属于个例，此次现场装置从出厂至今已经接近 1 0年 时间，出现异常可能是个体器件长期运 行老 化导致的。 4 厂家的反措要求 在 2 0 0 1 2 0 0 2年生产 的 RC S 一9 7 8装置 ，采用 一 p一 S 电 力 安 全 技 术 第 l 4 卷( 2 0 1 2 年 第1 2 期 ) 了特定批次的 OP 4 9 7 G S运算放大器 ，长时间使用 后可能出现输入输出同时异常的特殊形式损坏 ，影 响保护和启动插件的采样，极端情况下将引起差动 速断保护误动。为了防止类似事故的发生，对程序 版本 V1 0系列 RC S - 9 7 8装置进行反措 处理，增 加软件防误判据。防误判据包括 以下几点。 ( 1 )提高管理板中差动速断元件的起动门槛。 原管理板差动速断和比例差动共用起动元件，现在 将两者分开，这样即使运算放大器损坏，反向有电 压输出，也达不到差动速断的起动水平。 ( 2 )在差动速断中增加电压闭锁判据。由于差 动速断元件的引入是为了防止区内严重故障情况下 C T饱和比例差动元件动作时间下降，这种情况下 系统的电压必然发生剧烈的波动。 ( 3 )增加直流分量检测的采样检测判据。在检 测到这种运算放大器损坏波形并经确定延时后，闭 锁保护装置以防止保护误动。 ( 4 )原程序版本为 RC S - 9 7 8 E R1 0 0 R1 1 2 ， 应升级程序版本为 RC S - 9 7 8 E R1 1 3 。 5 现场采取的措施 事故 发 生 后 引起 公司 的 高度 重 视，为 此对 2 2 0 k V及以上 的微机保护装置进行 了普查。首先 调取设备台帐，然后与现场设备对照，主要检查 2 2 0 k V及以上的线路保护、母差保护、变压器保 护的生产 日期、程序版本号以及投运时间，制定了 防范措施。 ( 1 )按照厂家反措要求，结合继电保护状态检 修，合理安排停电，对 R C S 一 9 7 8 系列微机变压器 保护装置程序版本进行升级。 ( 2 )其他 型号 的 2 2 0 k V及 以上 的线 路保护、 母差保护、变压器保护，按照 ( 国家电网公司十八 项 电网重大反事故措施1 5 5 2条要 求，对运行 时间超过6 年的保护装置更换电源板；对运行时间 超过 8 年的保护装置更换 C P U板和MO N板。 ( 3 )按 照我国 电力 行业标准 D L T 5 8 7 2 0 0 7 ， 微机继电保护装置运行管理规程 3 8 项，微机继电 保护装置的使用年限一般为 1 2年。对于运行不稳 定、工作环境恶劣的微机继 电保护装置 ，可根据运 行情况适当缩短使用年限。公司根据现场设备实际 运行情况，对运行 l 2 年的微机继电保护装置要求 及时更换 。 6 结束语 2 2 0k V及 以上的继 电保护装置故 障，将 引发 事故 ，甚至造成事故的扩大 ，严重影响 电力系统的 安全稳定运行。按照 G B T 1 4 2 8 5 - 2 0 0 6 继 电保 护和安全 自动装置的技术规程 规定，继电保护和 安全 自动装置应符合可靠性 、选择性、灵敏性和速 动性的要求。为此，要利用继电保护状态检修辅助 决策系统和自动化综合系统，及时掌握现场设备的 运行状态；对于可能引发故障的设备应及时更换， 保证继电 保护和安全自动装置健康运行。 ( 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 8 - 0 1 ) 国家电网公司圆满完成党的十八大保电任务 截至 2 0 1 2 1 l 一1 5 T1 8 ： 0 0 ，国家 电 网公司高 标准、高 质量 完成党 的 十八大保 电任务。 自 2 0 1 2 1 l 一 0 l 开始，公司广大干部员工在为期 1 6 天的保电工作中，以高度负责的态度、严谨细致 的作风、扎实有力的措施 ，向党和人民交上一份满意答卷。 会议保电期间，公司总部应急指挥中心与华北分部、冀北电力有限公司、北京市电力公司应 急指挥中