智能變電站斷路器智能終端異常分析及處理

李 彬，韓東泊

（國網山東省電力公司濟南供電公司，山東 濟南 250012）

0 引言

智能變電站中，智能設備出現裝置異常、裝置故障和鏈路中斷等問題，直接影響變電站及電力系統的安全運行。快速判斷變電站現場智能設備的異常狀態，對變電運維人員處理變電站異常故障能力的提高尤為重要。

智能變電站中的智能設備實現了變電站的智能化，其中在過程層中增加智能終端來實現斷路器、隔離開關等一次設備的智能化。智能終端用于斷路器及隔離開關控制，接收繼電保護裝置、測控裝置的GOOSE開出命令，動作于斷路器、隔離開關分合。同時，智能終端把斷路器或隔離開關的位置、狀態及智能終端本身的閉鎖、告警等信息傳送至繼電保護裝置和測控裝置，實現一次設備的測量、控制功能。因此，智能終端的異常狀態直接影響繼電保護裝置對斷路器的跳、合閘功能，斷路器本體信號的上傳功能，斷路器、隔離開關的遙控功能，以及一次設備的監視功能［1-5］。

分析一起主變壓器110 kV側開關綜合智能單元（智能終端與合并單元一體化裝置）故障的異常情況，對智能終端異常判別方法、智能終端異常影響范圍及異常處理方法進行系統分析。

1 智能設備組網方式

變電站220 kV、110 kV系統均采用雙母線接線，35 kV系統采用單母線分段接線；220 kV系統環網運行，110 kV、35 kV系統分列運行。站內主變保護裝置及各側斷路器智能終端、合并單元設備均采用雙重化配置，兩套配置之間相互獨立。1號主變接線方式如圖1所示。

圖1 1號主變接線圖

1號主變110 kV側過程層GOOSE網絡數據流如圖2所示。

圖2 1號主變110 kV側GOOSE網絡圖

圖2中可看出1號主變壓器保護A、110 kV母線保護與1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A通過光纖直連，直接跳閘；1號主變110 kV側測控裝置則以組網的方式通過交換機，對1號主變110 kV側綜合智能單元發出斷路器、隔離開關遙控命令，實現對斷路器、隔離開關遙控；其他斷路器、隔離開關位置信號、開關本體報警信號、智能組件報警信息都是通過組網的方式進行傳輸［1-3］。

2 異常象征及原因分析

2.1 異常象征

2017年3月16日 06：26監控中心通知某智能變電站發如下異常狀態：1）110 kV母線TV P11測控裝置GOOSE接收總狀態異常；2）1號主變220 kV側測控裝置GOOSE接收總狀態異常；3）1號主變110 kV側測控裝置GOOSE接收總狀態異常；4）110 kV母線保護裝置接收1號主變110kV側103間隔綜合智能單元A GOOSE中斷。

現場檢查110 kV母線TV P11測控裝置告警燈點亮，裝置顯示GOOSE接收控制塊3異常，GOOSE數據接收總狀態告警，110 kV母線保護裝置鏈路異常告警燈亮，裝置顯示GOOSE9 A網中斷，1號主變220 kV側測控裝置告警燈亮，裝置顯示GOOSE接收控制塊3異常，GOOSE接收總狀態異常，1號主變110 kV側測控裝置告警燈亮，裝置顯示GOOSE接收控制塊 14、15、16、17、18 異常，GOOSE 接收總狀態異常；現場檢查110 kV母線保護裝置差流、1號主變差動保護差流正常，母線隔離開關位置顯示正常。

2.2 異常原因分析

智能變電站智能設備網絡監測原理為：采用信號采集端監測是否收到信息數據來判斷信號發出端裝置及通道的工作狀態。

通過以上異常信號及1號主變110 kV側GOOSE網絡圖（圖2所示）可初步判斷為1號主變110 kV側系統智能設備或GOOSE光纖通道故障，下面分別對本次異常的4個主要異常信號進行分析。

110 kV母線TV P11測控裝置GOOSE接收總狀態異常。根據智能變電站智能設備網絡監測原理，由圖2可知110 kV母線TV P11測控裝置通過組網的方式接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的母線隔離開關位置，因此分析1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A故障、GOOSEA網交換機故障、GOOSEA網交換機到110 kV母線TV P11測控裝置之間光纖故障、1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A到GOOSEA網交換機之間光纖故障均會發出110 kV母線TV P11測控裝置GOOSE接收總狀態異常信號。

1號主變220 kV側測控裝置GOOSE接收總狀態異常。由圖2可知，1號主變220 kV側測控裝置通過組網方式接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A發出的母線隔離開關位置，因此分析1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A故障、GOOSEA交換機故障、GOOSEA交換機到1號主變220 kV側201測控裝置之間光纖故障、1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A到GOOSEA交換機之間光纖故障均會發出1號主變220 kV側測控裝置GOOSE接收總狀態異常信號。

1號主變110 kV側測控裝置GOOSE接收總狀態異常。由圖2可知，1號主變110 kV側測控裝置通過組網的方式接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的隔離開關、斷路器的位置、一次設備的監視信號、1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的自檢告警信號，因此可分析1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A故障、GOOSE A交換機故障、GOOSE A交換機到1號主變110 kV側測控裝置之間光纖故障、1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A到GOOSE A交換機之間光纖故障均會發出1號主變220 kV側測控裝置GOOSE接收總狀態異常信號。

110 kV母線保護接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A GOOSE中斷。通過圖2可知，110 kV母線保護通過點對點光纖直連的方式接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的母線隔離開關位置信號，因此可分析1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A故障、1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A到110kV母線保護之間的光纖鏈路故障會發出110 kV母線保護接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元AGOOSE中斷信號。

通過以上分析可知，若變電站同時發出上述4個異常信號，可判斷只可能為1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A故障引起；由于1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A為合并單元與智能終端一體化裝置，整個異常過程中并無SV斷鏈信號，且檢查110 kV母線保護差流，變壓器保護差流、相關遙測值均正常，因此判斷本次故障為：1號主變中壓側103開關綜合智能單元A的智能終端插件故障。

3 異常影響范圍分析

1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A SCD文件如圖3所示，與其相關的智能設備有：110 kV母線TV P11測控裝置、110 kV母線保護、1號主變220 kV側測控裝置、1號主變110 kV側測控裝置、1號主變A套保護裝置、110 kV母線TV P11合并單元。

圖3 1號主變110kV側103間隔綜合智能單元A SCD文件

3.1 110 kV母線TV P11測控裝置

110 kV母線TV P11測控裝置接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A母線隔離開關位置，如圖4所示，用于母線接地開關與各間隔母線隔離開關之間的橫向連鎖。

圖4 110 kV母線TV P11測控裝置接收1號主變110 kV側103綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，110 kV母線TV P11測控裝置無法接收到1號主變110 kV側103間隔母線隔離開關位置，影響母線橫向聯鎖。

3.2 110 kV母線保護

該變電站中，110 kV母線保護裝置單套配置，1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元雙重化配置，根據現場設計，110 kV母線保護通過1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A跳閘，并接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的母線隔離開關位置。

如圖5所示，110 kV母線保護接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A智能終端插件母線隔離開關位置，實現運行方式的識別，判斷該間隔所在母線，用于110 kV母線保護小差差流計算，并作為出口跳閘的依據。

圖5 110 kV母線保護裝置接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，110 kV母線保護無法接收到1號主變110 kV側103間隔母線隔離開關位置，影響110 kV母線保護小差差流計算及出口跳閘判斷。本站110 kV母線保護可在相應間隔母線隔離開關位置發生異常時進行運行方式修正，若修正不成功則母線保護會保持異常前的刀閘狀態，且發出相應的告警信號。因此此時110 kV母線保護應仍按照1號主變110 kV側103間隔在I母線運行方式進行小差差流計算及母線保護跳閘出口判據。

如圖6所示，1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A接收110 kV母線保護的跳閘命令，在相應母線發生故障時，母線保護裝置接通綜合智能單元三相跳閘繼電器，可向斷路器跳閘線圈發出跳閘命令，使1號主變110 kV側103斷路器跳閘。

圖6 1號主變110 kV側103綜合智能單元A接收110 kV母線保護GOOSE信息

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，則其無法接收110 kV母線保護的跳閘命令，在相應母線發生故障時，無法實現1號主變110 kV側103開關的跳閘功能，此時只能通過1號主變中后備保護動作將1號主變110 kV側103開關跳開，將故障切除。

3.3 1號主變220 kV側測控裝置

如圖7所示，1號主變220 kV側測控裝置接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A 103-3開關位置，用于1號主變三側設備縱向聯鎖。

圖7 1號主變220 kV側測控裝置接收1號主變110 kV側103綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，1號主變220 kV側測控裝置無法接收到1號主變110 kV側103間隔103-3隔離開關位置，影響主變三側縱向聯鎖。

3.4 1號主變110 kV側測控裝置

1號主變110 kV側測控裝置接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A自檢告警信號，斷路器、開關、接地開關位置信號，分合閘回路監視信號及一次設備監視信號，如圖8所示。

圖8 1號主變110 kV側測控裝置接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，影響綜合智能單元自檢告警信號，分合閘回路監視信號及一次設備監視信號的發出，對一次設備失去監控。

1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A接收1號主變110 kV側測控裝置的遙控指令，以及GOOSE聯鎖功能，如圖9所示，實現對斷路器、隔離開關的遙控功能及GOOSE聯鎖功能。

圖9 1號主變110 kV側測控裝置接收1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A GOOSE信息

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，無法實現對斷路器、隔離開關的遙控分、合操作，同時本間隔的GOOSE聯鎖失去作用。

3.5 1號主變A套保護裝置

如圖10所示，1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A接收1號主變A套保護的跳閘命令，在發生相應故障時，主變保護裝置接通綜合智能單元三相跳閘繼電器，可向斷路器跳閘線圈發出跳閘命令，使1號主變110 kV側103斷路器跳閘。

影響范圍：1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，則其無法接收1號主變A套保護的跳閘命令，在發生主變故障時，1號主變A套保護差動保護或后備無法實現1號主變110 kV側103開關的跳閘功能，但可由1號主變B套保護通過1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元B實現對103開關跳閘，將故障切除。

圖10 1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A接收1號主變A套保護GOOSE信息

3.6 110 kV母線TV P11合并單元

1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A合并單元插件接收110 kV母線TV P11合并單元母線電壓量，再由1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A發送至測控裝置、保護裝置作為遙測電壓及保護電壓使用。與1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元智能終端插件無關，因此并不受影響。

根據以上綜合分析，本次異常中1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障，110 kV母線保護無法實現跳103開關功能，1號主變A套保護無法實現跳103開關功能；失去對一次設備（SF6壓力、開關儲能狀態等）、103開關綜合智能單元A的監視功能。

4 異常處理方法

1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A的智能終端插件故障須將1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A停用處理，該裝置為合并單元與智能終端一體化裝置，根據圖3可知，1號主變A套保護從該裝置取保護電流、電壓值，110 kV母線保護裝置從該裝置取保護電流值，因此停用該裝置前，須將1號主變A套保護、110 kV母線保護停用，因為主變保護為雙重化配置，此時主變保護停用后還有一套可正常運行，因此主變不需要停電處理。但此時1號主變保護為單配置，110 kV母線無母線保護運行，此時不得安排母線及相關元件的倒閘操作。

同時1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A通過硬壓板接通跳閘回路及遙控回路，因此1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A停用處理異常時須將103間隔第一套智能終端遙控硬壓板、跳閘硬壓板停用，防止誤開出造成一次設備誤動作。

另外1號主變110 kV側103間隔一次設備的監視信號通過1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A上傳至站控層設備，因此1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A停用后，失去對103間隔一次設備的監視，現場運行人員應隨時檢查一次設備運行狀態。

初步處理過程：1）停用1號主變A套保護；2）停用110 kV母線保護；3）停用1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A遙控、跳閘出口硬壓板；4）停用1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A；5）做好安全措施，辦理工作票開工，進行故障處理。

綜上所述，由于1號主變110 kV側103間隔綜合智能單元A智能終端插件軟件故障，造成綜合智能單元智能終端插件死機，使得斷路器智能終端功能喪失。現場需采用對故障綜合智能單元智能終端插件進行程序升級。

升級程序后，需對綜合智能單元智能終端插件進行重新驗收，主要包括：保護跳閘傳動試驗，斷路器、隔離開關等遙控試驗，遙信驗收正確等，因此需將1號主變110 kV側103開關停電處理。經現場研究決定，為同時配合檢查1號主變其他智能設備，申請將1號主變停電進行了處理，綜合智能單元智能終端插件程序升級后重新進行了保護跳閘傳動試驗，斷路器、隔離開關等遙控試驗，遙信驗收等正確，檢查1號主變其他智能組件無異常后將1號主變送電，并恢復正常運行方式。

5 結語

智能變電站中智能終端異常時將影響與本間隔相關繼電保護及自動化裝置的跳合閘功能，測控裝置對斷路器、隔離開關的遙控功能，以及對本間隔一次設備運行狀態的監控功能（SF6壓力低報警、開關彈簧未儲能等），因此智能終端異常時必須及時采取相應措施，停用相關保護，并對一次設備加強監視。同時不同變電站內組網方式的有可能不同，智能終端具體作用可能會有差別，需根據各站的數據流圖、SCD、CID、ICD等文件作為依據來判斷異常設備、智能終端異常影響范圍并進行異常處理。

［1］宋庭會.智能變電站運行與維護［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［2］國網浙江省電力公司智能變電站技術及運行維護［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［3］國家電網公司科技部.智能變電站繼電保護技術規范：Q／GDW 441—2010［S］.北京：中國電力出版社，2010.

［4］國家電網公司科技部.智能變電站技術導則：Q／GDW 383—2009［S］.北京：中國電力出版社，2009.

［5］國家電網公司科技部.智能變電站運行管理規范：Q／GDW 750—2012［S］.北京：中國電力出版社，2011.