GPS對時異常引起數字化主變差動保護動作分析

于培杰　馬奇

摘要：文章介紹了某110kV變電站因GPS對時異常造成數字化主變差動保護動作，并對差動保護裝置高、低壓側數據采集方式及同步情況進行了介紹，著重剖析了SNTP對時異常造成差動保護動作，最后依據結論提出了相應解決措施，防止此類情況再次發生。

關鍵詞：數字化；主變；差動保護；GPS對時；SNTP 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM772 文章編號：1009-2374（2015）03-0128-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0253

隨著數字化變電站不斷的投入運行，數字化的保護也伴隨著在站內得到廣泛應用，對該新型保護的特點進行全面了解變得非常重要。當系統發生故障時，如何正確分析其故障性質及繼電保護的動作行為，是確保電設備安全運行的基礎。

1 事故簡介

2012年03月30日11時35分，該站2#主變壓器差動保護在無故障的情況下動作，主變壓器高、低壓側開關112、102跳閘，10kV東母線失壓，接著低壓側母聯備自投保護動作，合上母聯開關100，沒有造成負荷損失。該變壓器保護為許繼電氣有限公司生產，為WBH-815B型數字化保護裝置。

事故時運行方式：該110kV數字化變電站于2011年8月底投入運行，故障前系統運行方式如圖1。兩臺主變分裂運行，低壓側母聯開關100在分位，1#變壓器高壓側運行于110kV西母，帶10kV西母負荷，開關111、101在合位；2#變壓器高壓側運行于110kV東母，帶10kV東母負荷，開關112、102在合位。

2 保護動作行為檢查

故障報文信息如下所示：

2#變壓器差動保護動作信息

2012-03-30 11∶35∶34.904 ms 啟動

比率差動保護動作 5ms

A相差動電流 1.482A

B相差動電流 1.486A

C相差動電流 1.455A

后臺機報文信息（10kV設備和后臺機時鐘不同步）

2012-03-30 11∶35∶34.905

2#主變比率差動保護動作動作 相對時間 5ms

2012-03-30 11∶35∶34.906

2#主變高后備，北112分 （112開關跳開）

2012-03-30 11∶35∶34.960

2#主變低后備，低斷路器返回 （102開關跳開）

2012-03-30 11∶24∶19.639

10kV母聯，備自投啟動啟動 （備自投啟動）

2012-03-30 11∶24∶24.642

10kV母聯，備投跳進線二動作動作 （備投跳北102）

2012-03-30 11∶24∶24.643

10kV母聯，事故總信號合 （備自投動作）

2#主變本體智能接口裝置SNTP通訊異常狀態動作

2012-03-30 11∶35∶50.941

112智能接口裝置SNTP通訊異常告警動作

2012-03-30 11∶35∶51.480

3 保護動作原因分析

通過對后臺機報文分析，保護動作時刻，站內需要GPS對時的智能接口裝置均出現SNTP異常和秒脈沖中斷，SNTP即根據接受的時鐘源信息，按簡單網絡時間協議，輸出同步信號的方式。

2#主變保護裝置所錄故障波形顯示，確實因高壓側和低壓側之間差流過大，超過保護定值（1.37A），導致差動保護動作。通過現場檢查，故障發生時，天氣晴朗，無人員在2#變壓器一、二次設備上進行工作，也未發現一次設備故障點。分析認為GPS對時異常導致的裝置誤動。

3.1 主變差動保護裝置高低壓數據采集及同步

如圖2所示，主變兩側的電流值分別經高壓側合并器DMU-802和低壓側智能單元DTI-801合并成SMV9-2報文后，上送至交換機，再由交換機傳送給保護裝置。目前由于這兩種設備硬件差異，在對時秒脈沖（PPS）的處理上略有不同。

當對時裝置GPS-801一直處于衛星同步時，將輸出脈寬為200ms的秒脈沖，失去衛星同步時將按自身晶振計時，輸出脈寬為1us的秒脈沖，如圖3所示。因衛星同步時輸出秒脈沖和GPS裝置按自身晶振計時輸出秒脈沖的上升沿在一定情況下可能存在一定的誤差△T。對DTI-801來說，1us的秒脈沖在硬件上無法有效識別，而DMU-802可以正常識別，這就導致GPS裝置發生故障后，DTI-801設備將按裝置自身晶振進行守時處理，和GPS裝置故障前的PPS節拍保持一致，并按此時節拍輸出SMV_1，而DMU-802將按1us脈寬的PPS節拍輸出SMV_2，如圖3所示：

3.2 保護動作原因

查看GPS對時裝置配置時，發現電口和光口均配置有SNTP對時，并且全部連接到對時網絡。接著對連接到主鐘電口的網絡進行抓包，發現主鐘、備鐘對時網絡形成了環路，此情況下因網絡流量過大，容易對電口造成沖擊，從而引起GPS裝置故障，造成智能接口裝置SNTP頻繁對時異常。從而導致該段時間，保護裝置接收到高、低壓側的兩路SMV報文中，同一點號的報文并不是同一時刻所采樣到的電流值，而是存在△T的時間差，如圖4所示。而保護裝置仍按同時刻報文給予對齊處理，從而導致某一時刻差流過大，超過了保護定值，致使差動保護動作。

因△T的大小具有偶然性，若其足夠大，將使保護閉鎖，若其小于一定范圍內，保護則不閉鎖。這也說明，GPS對時裝置發生那么多故障并導致SNTP異常，僅這一次造成差動保護動作。

4 結語

通過上述分析，GPS對時裝置故障引起SNTP頻繁對時異常時，合并器DMU-802和智能單元DTI-801兩種硬件在對時秒脈沖（PPS）處理上的差異。造成差動保護裝置接收到高低壓側同一點號的報文并不是同一時刻所采樣的電流值，而是存在時間差。而裝置仍按同時刻報文處理，從而導致保護裝置某一時刻差流過大，造成保護動作。為杜絕此類問題再次發生，聯合廠家采取以下措施：一是對GPS對時裝置進行重新配置，僅光口配置SNTP對時，電口不再配置，避免因主鐘、備鐘對時網絡形成環路，因網絡流量過大引起GPS裝置故障；二是對GPS對時裝置進行程序升級，使其發生故障或重啟時，若沒有同步到衛星時間，則不輸出秒脈沖。采取措施后，截至目前此型號保護裝置未再誤動過。

參考文獻

[1] 袁文嘉，李敏霞，姬希軍.一起區外故障引起主變差動保護動作的分析[J].電力系統保護與控制，2009，（23）.

[2] DMU-801系列數字式合并器使用說明書[S].2008.

[3] 馮軍.智能變電站原理及測試技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

作者簡介：于培杰（1980-），男，河南周口人，安陽供電公司工程師，研究方向：電力系統繼電保護；馬奇

（1986-），男，河南周口人，鄭州供電公司助理工程師，研究方向：電力系統運行。

（責任編輯：陳 倩）