何荣平
（南方电网超高压输电公司曲靖局）
500kV滇罗I线主二集成辅B保护异常动作分析
何荣平
（南方电网超高压输电公司曲靖局）
罗平站500kV滇罗I线主二集成辅B保护装置分相差动保护动作跳闸，而对侧保护未动作，从原理上对保护误动的原因进行分析，最终查找出原因和改进措施。
分相差动；光纤通道异常；跳闸；闭锁
0 引言
当线路发生故障时，线路保护装置能够有选择、快速、灵敏、可靠地动作，将故障或异常设备从运行系统中切除，保证系统中非故障设备正常运行。当线路保护误动时，影响输电线路正常运行，造成输电线路不必要的负荷损失。现针对一起由于光纤通道异常，保护装置未闭锁造成保护动作，以下从保护误动的原理上进行分析，找出误动的原因，并提出了相应的验证方法及改进措施。
1 保护误动的原因分析故障分析
1.1 保护配置
该线路按照保护双重化配置，主一集成辅A保护为南瑞PCS-931N5YZ，主二集成辅B保护为长园深瑞PRS-753BYJ，均有分相差动保护、零序差动保护、纵联距离保护、纵联零序保护、载波通道跳闸、过电压保护，载波通道跳闸采用单通道方式，载波通道一正常投入，通道一、二差动保护及载波通道跳闸投入，相间故障及延时段保护动作三跳，本保护配置双光纤通道和单载波通道，正常时光纤通道运行，载波通道备用。
1.2 保护装置情况
现场检查发现保护动作伴随着光纤异常现象。保护动作前，罗平侧有B通道异常记录，滇东电厂侧先后发生B通道异常、A通道异常，如表1和表2所示。
表1 罗平侧装置记录情况
表2 滇东电厂侧装置记录情况
整理保护动作前后事件记录，以滇东电厂发生A通道异常的时刻为0零时刻，保护启动、保护动作及通道异常的时序如图1所示。
图1 通道异常及保护启动、动作的时序
1.3 通道异常分析
双光纤通道的光纤接收数据流在硬件上首先经光纤通讯板FPGA处理，然后通过低电平触发中断的方式供CPU板读取，硬件框图如图2所示。
图2 双光纤硬件框图
从硬件链路上看，由于两路光纤通道的数据经过WB680处理后，使用中断方式触发CPU的接收处理，而光纤接收中断与保护采样中断存在优先级的差异，若异常情况导致采样中断发生异常，则两个通道均能检出通道异常。
厂内进行专项测试，模拟现场连接方式下，同时在滇东电厂侧B通道的接收回路串接光衰耗器，调节光功率模拟滇东电厂侧B通道接收严重误码的情况，此时两侧装置报B通道异常。运行一段时间后，出现A通道异常的现象。
将硬件中断信号引出用示波器监测，发现此时的硬件中断信号出现异常（见图3）。
图3 滇东电厂侧A通道异常时硬件信号图
分析该信号图，可知滇东电厂侧B通道接收误码严重时，滇东电厂侧光纤接收中断信号“4”出现长时异常，异常脉宽约3ms（正常的脉宽为500ns，异常脉宽是由于误码严重时从码流中提取的时钟错误所致）。由于光纤中断为电平触发方式，所以在该中断信号的脉宽持续时间内，光纤接收中断会不断的触发从而导致保护采样中断（信号1）短时不能响应，从而造成两侧的采样瞬时失步。
当两侧采样失步后，滇东电厂侧A通道也检测到通道异常并告警。分析滇东电厂侧的装置录波，从波形可以看出在A通道异常前后，录波点相位延迟约54°（光纤异常前一点数据与异常后相同数据之间的角差，如图4、图5所示）。
图4 滇东电厂侧A通道异常前一点数据
图5 滇东电厂侧A通道异常17ms时数据
由于A通道异常前录波序号为对侧采样序号，A通道异常后录波序号瞬时切换至本侧采样序号，且通道延时为0.97ms，故对侧采样序号经通道发至本侧同步后，其值比本侧采样序号多2（两个采样间隔）。减除录波序号切换造成的角度延迟，可推算出滇东电厂侧采样时刻异常造成的相位延迟为54°－15°×2=24°，也就是说，A通道异常前后，滇东电厂侧采样值的相位变化为24°。
由于同步调整逻辑为32点（25.8ms）调整一次，从A通道异常到第一次调整之间的25.8ms内，同步过程不会调整采样间隔。由于此前B通道已经异常，故基本可以确定滇东电厂侧A通道异常前后采样值的相位变化24°为采样中断信号异常所致。该异常采样中断信号导致保护采样失步，继而保护装置报出A通道异常。
1.4 保护动作分析
分析现场录波器波形，未发现故障电流，可以确定一次系统无故障。通过分析发现保护软件在采样同步调整的过程中存在如下缺陷：当保护装置采样失步时，滇东电厂侧保护装置发起采样调整过程，往罗平侧发送“请求采样调整帧”，该帧未包含有效的电流电压及差动允许等开关量，导致罗平侧在采样调整期间差动保护仍继续投入，并将对侧电流电压按0处理而计算出差电流，同时将接收到的对侧“差动允许标志”置为0，差动保护不会动作。当滇东电厂侧同步调整成功时，重新发送光纤数据帧（含有效的采样值及开关量），罗平侧接收到滇东电厂侧的有效采样值及差动允许标志，若此前滇东电厂侧已经电流突变量启动或零序启动，则此时罗平侧收到对侧“差动允许标志”为1，差动保护动作。
1.4.1 滇东侧分析
如图1时序图所示，滇东电厂A通道异常之前，两侧保护装置均陆续报B通道异常信号，此时保护装置使用A通道数据进行差动保护计算，B通道为备用通道。
当滇东电厂由于特定情况的通信异常造成采样失步时，A通道也检出异常，由于此时B通道异常尚未恢复故无法切换，由此闭锁本侧差动保护，并触发同步调整过程。在该同步调整过程中，电厂侧往对侧发送“请求采样调整帧”（不含有效的电流电压及开关量），同时根据对侧的中断时间，调整本侧的采样时刻，从而达到再次同步。
同时，根据如上分析，该采样失步产生的电流变化量，处于“变化量启动电流定值”的临界，引起滇东电厂侧电流变化量启动。
滇东电厂同步调整逻辑为：通道失步后，每32个中断间隔（25.8ms）调整一次。同步经3次确认调整成功后，退出调整过程，重新发送有效的数据帧。之后再经60ms确认，置通道完全调整成功标志，本侧差动保护重新投入。
分析滇东侧录波，在A通道异常25.8ms处，滇东电厂进行第一次同步调整，之后经3次确认（25.8×3=77.4m），在A通道异常后103ms时，滇东侧同步调整成功，重新发送光纤数据帧（含有效的采样值及开关量）。由于此前滇东侧已经电流突变量启动，故此时该侧发送的差动允许标志为1。滇东侧调整成功后经60ms确认时间，A通道异常异常返回，差动保护投入。
在该同步过程中，通道完全调整成功并开放本侧差动保护前，电厂侧向罗平侧传送“差动允许标志”未置有效的闭锁，此项纠错处理存在缺陷。
1.4.2 罗平侧分析
查看罗平侧装置动作录波，发现启动至跳闸期间，对侧的模拟量采样值均为0，差电流大小为负荷电流0.18A，波形如图6所示。
图6 罗平侧主二集成辅B保护装置动作录波
当滇东电厂发生A通道异常时，B通道异常尚未恢复，此时滇东电厂侧发送“请求采样调整帧”，该帧未包含有效的电流电压及差动允许等开关量，导致罗平侧在采样调整期间差动保护仍继续投入，并将对侧电流电压按0处理而计算出差电流，同时将接收到的对侧“差动允许标志”置为0。
在该同步过程开始一周波内，对侧电压会计算出短暂的零、负序电压，满足电压辅助启动逻辑（①差流大于启动门槛；②本侧有低电压或对侧有零、负序电压），罗平侧电压辅助启动元件启动，如图7所示。
罗平侧启动后，差流为0.19A，大于差动动作电流定值0.15A，但由于滇东电厂侧未调整成功时，罗平侧对接收的差动允许标志置为0，故差动保护未立即动作。
图7 罗平侧启动时电压模拟量
罗平侧启动102ms时，滇东电厂侧同步调整成功，罗平侧收到光纤数据帧，包含有效的采样值数据及差动允许标志，由于滇东电厂此前突变量已启动，此时滇东电厂侧发送的差动允许标志为1。分相差动保护使用稳态量进行计算，由于傅里叶算法数据窗的存在，此时差流幅值仍大于动作门槛且满足比率系数，故分相差动保护动作。
使用现场程序模拟现场运行状况进行验证，模拟滇东电厂B通道收到严重误码时，出现罗平站电压辅助启动、101ms后差动保护动作的情况。查看动作波形，与现场动作波形基本一致。
2 结束语
2.1 500kV滇罗I线主二集成辅B保护装置异常跳闸原因
1）本次异常的直接原因为长园深瑞在光纤差动保护逻辑设计上存在缺陷。
当滇东电厂侧A、B光纤通道均处于异常状态时，滇东电厂侧差动保护被闭锁，但在通道同步成功后、差动保护闭锁期间，滇东电厂侧向罗平站传送的“差动允许标志”未置有效的闭锁，仍向罗平站误发送“差动允许标志”，此逻辑设计存在缺陷。
当滇东电厂侧A、B光纤通道均处于异常状态并造成差动保护失步时，未向罗平站侧发送有关模拟量及开关量信息，未及时闭锁罗平站侧差动保护逻辑。
2）本次异常的间接原因为通信通道异常。异常跳闸前，罗平站侧、滇东电厂侧光纤通道B异常对保护装置正常运行无影响；但随后滇东电厂侧光纤通道A异常，造成数据传送失步并启动采样调整过程，导致最终罗平站侧异常跳闸。
2.2 500kV滇罗I线主二集成辅B保护装置异常跳闸改进措施
厂家重新设计光纤差动保护逻辑并开展试验满足要求，确保通道异常时装置闭锁保护动作，罗平站更换保护装置。
[1]PRS-753 光纤分相纵差成套保护装置技术说明书V3.01（南网版）[R]，2008.
[2]赵淑珍，宋魏，冯辰虎.光纤差动保护通道故障分析及处理方法[J].华北电力技术，2007.
2017-01-04）
