CSB21A备自投装置误动作分析与改进

25
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 技 术 创 新
在现代电力系统中,有些情况下为了节省设备投资、简化电力网的接线及其继电保护装置的配置方式,在较低电压等级的电力网(如10～35kV的电网)中或在较高电压等级的电网(如110kV电网)中的非主干线,以及在大多数用户的供电系统中,常常采用所谓放射型的供电方式。

在这些系统接线方式中,为提高对用户供电的可靠性,可采用备用电源自动投入装置,简称BZT装置,使系统自动装置与继电保护装置相结合。

这是一种提高对用户不间断供电的经济而又有效的重要技术措施之一。

110kVxx变10kV备自投装置采用北京四方继保自动化有限公司生产的CSB-21A 型数字式备用电源自动投入装置。

它以第
三代微机保护通用硬件为基础,采用可编程逻辑的设计思想,可以实现灵活设置各
种运行方式,适用于380V-110kV各种电压等级的备用电源自动投入的装置。

同时,作为CSC-2000综合自动化系统的配套装置,CSB-21A可以通过网络报送丰富的信息,诸如每个出口的准确时间顺序记录、各开关量变化的准确时间顺序记录等,充分体现了装置的优越性。

目前,xx 供电公司所属110kV xx 变电站,担负着xx钢铁公司的供电任务,一类负荷多,对供电可靠性要求高,因此,为满足xx钢铁厂对供电可靠性的要求,在xx变电站的110kV进线装设备自投装置,10kV四段母线中,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ母线分别装设了一
套备自投装置(如图1)。

该变电站10k V 线路发生单相接地故障,几秒钟后,在#1主变压器供电正常的情况下,主变压器备用自投装置动作,将运行中的#1主变压器的低压801断路器跳开,#2主变投入运行。

表面看在站内供电正常的情况下,10kV母线有电压,而且变压器低压侧断路器有电流,备用自投装置动作的条件都不满足,为什么备用自投装置会动作呢？
该站的主变压器备用自投装置采用的是CS B21A 型数字式备用电源自动投入保护装置。

它提供:8路模拟量的输入(4路电流量和4路电压量),可以任意接入所需的母线电压(相电压或线电压)、线路电压、主变压器低压侧电流;9路通用的开关量输入,可以接入主变压器两侧的断路器与母联断路器的位置继电器的辅助触点。

在定值中,可以利用这些资源,灵活定义装置在各种条件下的动作行为,从而完成整个的备用电源自动投入过程。

可实现手动跳闸闭锁、备用电源过负荷联切线路等功能,还可以引入如母线保护动作、主变压器保护动作等信息作为闭锁的条件。

在CS B21A装置中,共可以定义8个独立的动作,其相互之间没有任何联系,可以分别整定它们的动作条件。

同时,在该装置中还固化了8组预置定值,分别对应母联或桥断路器备用自投、线路备投、变压器备用自投,以及均衡负荷母联备用自投等多种方案。

如前图所示的运
行方式,变电站10kV 母线采用单母线分段的主接线方式。

在正
图1 CS B-21A保护在110k V变电站典型接线的应用配置方案
图2
C S B 21A 备自投装置误动作分析与改进
苏明江
(湖北省电力公司鄂州供电公司 湖北鄂州 436000)
摘 要:从一次事故中找出了变电站主变压器备用电源自动投入装置发生误动作的原因;一是10kV母线无压判据取单相电压不合理;二是自投装置对电流的识别精度低。

关键词:备用自投装置 误动作 单相接地中图分类号:T M 7文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)03(a)-0025-03
. All Rights Reserved.
常情况下,采用110kV线路供110kVⅠ、Ⅱ号母线带#1主变压器运行,#1主变压器供10VⅠ、Ⅱ号母线,#2主变压器在热备用状态的方式。

因此,该装置采用了预置定值中的00定值区,在该定值区中,检无压的门坎值为17.3V(取10kV母线81T V或82T V的A 相电压),检有流的门坎值为0.4A。

如当一台主变压器运行,另一台主变压器热备用,且10kV母联断路器处于合闸时,主变压器备用自投投入运行。

其备用自投的逻辑为:当10k V母线无压(电压<17. 3V),工作变压器无后备保护动作,变压器低压侧无电流,且该侧断路器处于合位,在备用变压器高压侧有压情况下,跳开工作变压器低压侧断路器、所有工作电容器断路后,先合备用变压器高压侧断路器,再合备用变压器低压侧断路器;或当工作变压
器跳开时,先合备用变压器高压侧断路器,
再合备用变压器低压侧断路器。

为了防止
TV断线时装置误动,取主变压器低压侧电
流作为母线失电的闭锁判据。

当时后台发出10kV母线接地信号。

同
一时间,主变压器备用自投动作,跳开#1
主变压器低压侧断路器,合上#2主变压器
两侧断路器。

经过检查,发现该站的主变压器备用
自投装置,所采用的电压为10k V母线的A
相电压,其整定值为17.3V。

根据保护所发
出的信号,当时10kV线路单相金属性接地
时的接地相恰为A相,其接地电压为零,小
于装置的整定值,从而装置判定10kVⅠ号
母线失压。

这时备用自投装置应该检测到
运行主变压器低压侧有电流,而启动其闭
锁判据来闭锁装置,使其不动作。

查看备用自投装置定值中的闭锁电流
定值为0.4A,该站#1、#2主变压器低压侧
的TA变比为3000/5,所以其闭锁电流为600
×0.4=240A。

而该站当日有几条10kV重载
线路停电改造,使当天主变压器的负荷比
较轻,约只有1.4MVA,10kV侧的负荷电流
230A<240A,如此,备用自投装置的闭锁判
据,实际上是不能起到闭锁作用的,从而造
成了这一次的装置动作。

通过以上分析,发现当线路发生某相
接地故障,系统负荷较小时,CSB-21A会误
动作。

10kV母线无压判据取单相电压来实现图3
图4
(下转29页)
. All Rights Reserved.
26科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
技 术 创 新
(4)设施逻辑允许多对多表达。

这是为了应对复杂工况中客观现实的多样性。

对逻辑关系表达采用设施唯一性标识符、允许逻辑地位和逻辑关系三个环节的配合,如图2。

设施有了唯一性标识符后,附加的设施类型限定了它的逻辑地位。

特定的设施类型可以出现在逻辑关系中需要和逻辑类型相验证,从而规范了设施在逻辑关系中出现的合法性。

如“工井”设施类型作为在“管沟”设施类型的“起终点”逻辑类型是允许的,但作为“电缆”设施类型的“起终点”逻辑类型是错误的。

(如图2)
2 面向PMIS的数据交换
电缆数据模型形成的电缆数据库,可以直接用于电缆抢修和施工中,也需要与PMIS进行数据交换以形成互补优势。

实现数据交换需要解决两个环节的问题:(1)字段映射:对应记录见的属性字段映射。

(2)记录对应:同一物理设施在两个库中的各自记录之间的对应。

2.1字段映射
如图3所示,字段映射在两个库间同一设施类型表之间进行。

不同字段映射中可以采用不同的映射函数实现数据类型或者部分匹配的转换。

(如图3)
2.2记录对应
记录对应基于字段映射建立的字段对应关系,但是将映射函数MAP0()、MAP1()、MAP2()替换为等式函数EQ0()、EQ1()、EQ2 ()。

用于判断记录对应的字段分为强制和可选,强制字段表示必须通过等式函数E Q ()的判断必须为相等,可选字段表示作为参考判断依据。

因为电缆数据库的逻辑完备性,对于无法直接找到对应字段进行等式判断的设施,可以采用其逻辑关联设施的等式判断
迂回实现。

3 工井立面管孔的智能对接
电缆数据库的设计在土建部分扩展到
了工井立面的管孔等土建设施,这些设施
在PMIS系统往往采用简化和规则的表达方
式(比如横平竖直的排列方式,以横向纵向
按顺序编号的方式进行定义,并以此为基
础进行管理和数据交换),而实际工况较为
复杂,无规则错位非常普遍,并导致以简化
和规则的表达方式无法进行准确和有效的
数据交换和定义,从而带来数据失效的情
况。

对工井立面的管孔信息进行仿真表达
和定义是该数据库设计中的一个难点,但
又是无法逾越的关键点。

如图4所示的工井
立面,在PM IS中管孔表现很规则,而在电
缆库中的实际情况有很大出入。

(如图4)
由于电缆的穿孔关系对供电企业具有
重要意义,运维单位以此作为管理和操作
的对象。

电缆数据库中的管孔与PMIS中的
管孔对接十分必要。

为了正确获得管孔的
映射关系,采用如下三个步骤:
3.1通过Delauany三角网进行自动映射
如图4所示,对PMIS中的管孔中心点建
立Delauney三角网,对电缆库中实际工况的
管孔也建立Delauney三角网,用Delauney三
角网的拓扑对照建立管孔间的映射。

3.2通过电缆穿孔信息进行校验
在第1步建立的管孔映射关系中,采用
关联关系表对PMIS和电缆库内的电缆穿孔
逻辑进行校验,以提高自动处理的可靠性。

3.3计算机辅助的人工校验
在第1步和第2步不能完全匹配的情况
下,通过可靠性失真程度对需要人工校验
的工井立面进行排序,引导人工进行精确
处理。

根据以上原则,可以实现对电缆工井
的结构和穿孔关系准确描述,实现仿真型
管理和数据交换,如图5所示,在三北大街
N099号工井内,以四面展开表现方法描述
电缆工井的结构、管孔信息和穿孔电缆信
息,四个立面除西面排管呈规则分布,其余
三个面的排管均呈现不规则分布,采用上
述设计原则,可以实现对电缆及管孔信息
的完整和仿真表现,在实际工作中具有显
著的指导意义。

(如图5)
4 结语
根据现有的思路和技术条件,通过电
缆普查和动态维护,建立一个符合电力企
业对城市电力电缆等隐蔽工程实行仿真、
动态管理的电缆数据库是切实可行的。

通
过电缆数据库,可以准确地掌握供电企业
现有的电缆状况,为抢修和施工等提供很
好的支持,在实际工作中也验证了其有效
性。

电缆数据库还可以为PMIS等更高层的
应用提供很好的服务,使得PMIS的运行具
有坚实的基础。

本文所设计的电缆数据模
型,立足电缆自然属性管理,不但以相对独
立的体系发挥数据优势,而且实现了电缆
数据库和PMIS的数据交换。

电缆数据库和
PMIS之间优势互补,能够为供电企业提高
服务水平和经济效益创造更好技术条件。

注
[1]电缆设施在本文中是电缆及其相关设
备和附件的统称。

不合理。

10kV母线无压判据采用单相电压,在10kV线路发生金属性接地时,接地相的电压为零。

这时接地相刚好是备用自投装置采用的电压相,使得装置误判断为主变压器低压侧无压,符合启动的条件,从而使自投装置误启动。

我们选了两套方案来改进检无压判据(如图2)。

这是C S B-21A的原理接线,选取单相电压做检无压判据,线路发生单相故障时,如果故障相恰为判断相,备自投检无压就会启动。

方案一(如图3):
这是改进后的原理接线,选用相间电压做为检无压判据,当线路发生单相接地故障时,相间电压不会出现变化,备自投检无压不会启动。

方案二(如图4):
加装电压变送器后,直接将线电压作
为检无压判据,线路发生任何单相接地故
障,备用自投装置的输入电压始终能够保
持大于其启动值,从而可以避免类似的情
况再次发生。

自投装置对电流模拟量的识别精度
低,定值设定的下限过高。

保护装置的电流
整定值下限为0.08In,而主变压器低压侧的
变比为3000/5,则其整定值为0.4A。

只要主
变压器所带的负荷较轻,达不到整定值时,
就会使其闭锁条件失去闭锁作用。

这时,由
于电流的闭锁判据不起作用,只要装置检
测到10kV母线的电压小于其整定值,无论
正确与否,都会动作,这样就容易造成自投
装置误动作。

应该提高自投装置精度,合理降低检
查进线电流的定值(此定值也不能无限减
小,否则由于微机装置漂零的存在,造成备
用自投拒动),
对改进检无压判断后的CSB-21A装置
进行了检验,对试验仪器模拟故障量,升级
前试验10次,保护装置误动作10次;改进后
试验10次,均可靠不动作。

通过上述分析可以看出,在小电流接
地系统中备用自投装置应该避免采用单相
电压输入的接线方式,而采用线电压输入
或两相及三相电压输入。

同时应该提高自
投装置精度,合理降低整定值的下限。

设计
人员在设计时,应该考虑到在各种运行方
式及运行状况时,所设计的接线方式是否
合理,是否会使装置误动。

(上接26页)
. All Rights Reserved.
29
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald。