基于SCS-500E 安控裝置無故障跳閘判據的改進

孫 洋，林德峰

(四川省電力公司 檢修公司，四川 成都610042)

0 引言

隨著電網的發展，各大水電通道的相繼連通，在電力系統中裝設安全穩定緊急控制裝置，是提高電力系統安全穩定性、防范電網安全穩定事故、防止發生大面積停電事故的有效措施［1，2］。2008年，佛羅里達州發生大停電，300 萬人沒有電力供應;2012 年7 月30 日和31 日連續發生兩次大面積停電事故，覆蓋了一半以上的國土，直接影響6 億多人的生活，造成巨大的經濟損失［3］。電網越龐大，安全穩定問題在電力系統中的地位就越重要［4，5］。提高電力系統安全穩定的措施主要有兩個方面［6］:(1)加強建設和合理安排電網結構;(2)采用較完善的安全穩定控制措施。前者投資大，但電網能在各種情況下安全穩定運行，后者投資小，但可信賴程度稍差［7］。安全穩定控制裝置作為措施之一成為區域電網互聯的重要技術保證，作為電力系統穩定第二道防線和第三道防線，為電網的安全穩定經濟運行發揮了重要作用［8，9］，同時也取得了良好的經濟效益和社會效益［10，11］。

SCS-500E 安全穩定控制裝置是基于新一代穩定控制平臺開發而成，在通信能力、信息處理能力和實現復雜控制算法的能力上都有了進一步的提升，也是整個四川電網500 kV 廠站應用最為廣泛的安控裝置，在協調各區域電網之間相互配合起到了重要的作用。

本文針對SCS-500E 安控裝置在一座500 kV變電站實際應用中發生的一次誤判，發現裝置關于不借助保護跳閘接點判斷線路故障的原理在沒有開關跳閘位置的情況下，當線路電流、功率突然達到下限時，即便線路沒有發生故障，也會發出線路跳閘的誤判，這種誤判會對整個變電站所在區域的電網安全穩定造成一定影響，因而基于此種情況，本文通過對裝置無故障跳閘判據的分析，提出一個電流變化量閉鎖判據，該判據在裝置沒有開關跳閘位置的條件下能確保安控裝置不發生誤判，并通過實例驗證該判據的有效性。

1 SCS-500E 基于本地電氣量的無故障跳閘判據

SCS-500E 對線路故障跳閘的判據有兩種:一種是借助保護跳閘接點判斷線路故障，裝置啟動后，根據接入的分相跳閘信號及三相電壓與三相電流量的變化，能正確區分出各種故障形態;另一種是不借助保護跳閘接點判斷線路故障，但判斷故障的前提條件，必須等開關完全跳開后才能判斷出。其中，不借助保護跳閘接點判斷線路故障的判據為:

a．擾動前200 ms 的線路功率|P-0．2s|≥定值Ps1;

b．擾動中前后20 ms 的線路電流有效值變化量|ΔI|=|Ik-Ik-0．02s|≥定值ΔIs;

c．擾動后有兩相電流有效值I≤2%In，In為線路額定電流;

d．擾動后線路功率|Pt|≤定值Ps2;

當裝置啟動后同時滿足條件a，b，c，d，經延時Ts1后則判為本側無故障跳閘。

2 對安控裝置誤判的分析及對無故障跳閘判據的改進

2.1 對安控裝置誤判的分析

500 kV 和諧開關站與其他廠站聯系圖如圖1所示。站內安控裝置在安裝過程中由于某些原因，并未將開關跳閘位置接入裝置，當該站相連大河電站站端進行試驗時，大和線功率突然下降，由于該開關站主要功率輸入來自于大河電站，造成了和平一、二線功率的大幅降低，安控裝置根據無故障跳閘判據，發出了和平一、二線跳閘的誤判，隨后安控裝置對應策略表，將鄰近的幸福變電站數條220 kV 電廠切機，造成了一定經濟損失。

圖1 500 kV 和諧開關站聯系圖

為了進一步描述安控裝置動作時的現場情況，現通過軟件將現場錄波圖形導出，如圖2 所示。由于和平一、二線為同塔雙回線路，需要從和平線斷面來考慮電流的變化，如圖2(a)為和平一、二線A 相電流和。已知和平一、二線擾動前斷面功率為193．8 MW，電壓為525 kV，電流為219．7 A，功率因素cosφ=0．97。

圖2 和平一線電壓、電流波形圖

通過分析，可以看出在0 時刻，電流突然降低，變化非常明顯，對應電流值從219．7 A 突然下降到5．6 A ，遠大于定值50 A;同時5．6 A 也小于0．02In(40 A)。電流有效值及功率變化如圖3 所示。

圖3 和平一、二線斷面電流有效值和功率圖

從圖3(b)可以看出在擾動前200 ms 的線路功率|P-0．2s|大于定值Ps1，并且擾動后的功率|Pt|也小于定值Ps2。可見，本側保護跳閘接點開入時的無故障跳閘判據的4 個條件均已經滿足，同時本站無開關跳閘位置開入，安控裝置誤認為線路發生跳閘。

2.2 對無故障跳閘判據的改進

在無開關位置開入的情況下，并結合此次誤判的原因，重點考慮一種情況:由上級線路功率下降或線路跳閘引起的本條線路功率下降。為了消除這方面影響，本文提出一種電流變化量閉鎖措施:

式中:ΔIz為除本線路其他線路電流變化量，|ΔIz|=|Ik-Ik-0．02s|;ΔIb為本線路的電流變化量，|ΔIb|=|Ik-Ik-0．02s|;K 為比例系數，一般情況取1 ±0．05。

從式(1)的左邊可以看出，當除本線路的其他線路發生電流突然變化時，根據基爾霍夫KCL 原理，本線路的電流變化量應與其他線路的電流變化量相等，在由其他線路功率大幅下降所引起的本線路功率大幅降低的正常運行情況，比例系數K 值在1 附近，能可靠閉鎖安控裝置的無故障判據，確保裝置不會發生誤判情況。

3 對改進方案的驗證與分析

以導致本次安控裝置誤判的運行工況為例，引入安控裝置動作前后幸和一、二線與大和線電流，如圖4 所示。

圖4 幸和線與大和線電流變化圖

幸福變電站由于所連電廠大部分處于檢修狀態，上網負荷很小，通過幸和一、二線的電流很小只有5．6 A 左右，且變化平緩，如圖4(a)所示。至和諧開關站主要的輸入功率來自于大河電站，由于電站正在做檢修試驗，在某一瞬間電流從213．8 A 瞬間降到幾乎為零，造成和諧開關站輸出線路和平一、二線電流的大幅下降。將安控裝置錄波波形通過軟件量化后代入電流變化量閉鎖公式:

比例系數在1 附近，滿足電流變化量閉鎖條件，立即閉鎖安控裝置的判斷線路無故障跳閘判據，確保安控裝置不會誤判。

4 結論

本文通過對一次安控裝置的誤判進行分析，得出在無開關跳閘位置開入的情況下，線路無故障跳閘判據有可能出現誤判。在此基礎上，提出一種電流變化量閉鎖判據，該判據能有效地避免由于其他線路功率的大幅下降所引起的本線路功率大幅降低而導致的誤判情況，并通過現場實例對該判據進行了驗證。此外，該方法操作簡便，不需要增加任何硬件成本，只需對相應軟件進行升級，有一定的實用價值。

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