潞宁矿35kV 变电站二次保护故障诊断及定位技术研究_王晶新.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 1概况 当前， 随着科学技术的不断发展， 煤矿生产中对 于电能质量的要求越来越高。 作为电能供应的枢纽 变电站扮演的角色也越来越突出。为保证变电站可 以稳定的可靠运行， 变电站建设过程中采取了多重 保护， 包括 出线路保护[1-2]、 变压器保护[3-4]、 母线保 护[5-8]、 故障录波系统[9]等各种先进的保护方式， 随着 当前变电站建设的集成化以及智能化发展， 对于变电 站的维修与故障位置的排查， 也变得越来越困难。这 就需要建立以探索变电站二次保护就地化后对系统 网络架构的影响[10]。 变电站作为煤矿电力系统的主要供能单元， 承担 着连接电网与矿上主要设备的重要职能。在工作中， 需要严格服从上级电网的调度指令， 还需要考虑生产 设备的负荷要求。作为煤矿局域电网的主要支撑单 元， 变电站依托大量稳定运行的一、 二次智能设备， 加 以灵敏的二次保护系统， 实现变电站在系统保护和运 行控制上以及信息采集管理和在线监测方面的一体 化自动操作。 2变电站的二次设备结构分析 变电站的二次设备主要是指针对与煤矿供电系 统内的所有一次设备所进行的在线监察， 测量以及控 制、 保护和调节的辅助设施， 即在生产工作中不直接 与电能产生发生联系的设备。 变电站中的二次设备作 为变电站内的核心组成单元， 它的可靠运行是保证煤 矿供电系统安全的基础。 但由于当下变电站与其二次 设备在配置过程中的独立分散、信息共享度相对较 低， 使其在发生故障时， 变电站的维护工作量相对较 大、 站内设备缺陷较明显以及变电站二次系统的可视 化程度偏低等问题， 使得变电站二次设备的运维水平 相对较低。 为方便对变电站发生故障后进行排查与检测， 首 先对其组成结构进行分析研究， 通信拓扑结构如图 1 所示 图 1变电站二次系统拓扑结构图 潞宁矿 35kV变电站二次保护故障诊断及定位技术研究 王 晶新 （潞安集团潞宁煤业有限责任公司电力科 ， 山西 忻州 036706 ） 摘要 变电站二次保护系统可靠运行对生产工作有着很大程度的影响。 因此， 在煤矿的安全生产中， 变电站的二次保护发生故障时， 如何进行快速诊断以及定位需要进行分析研究。本文以潞宁矿 35kV 变电站的二次保护结构为基础， 建立其发生故障后的诊断方法以及对其定位技术进行研究， 从而为今 后工作提供一定的参考依据。 关键词 智能变电站 ； 二次保护 ； 故障诊断 ； 定位技术 ； 供电可靠性 中图分类号 TD611文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0163- 03 Study on fault diagnosis and location technology of two times protection in 35kV substation of Lu Ning mine WANG Jingxin （LU an group Lu NingCoal IndustryCo., Ltd. Electric Power Department , Shanxi Xinzhou 036706 ） Abstract The reliable operation ofthe secondary protection system ofthe substation has a great influence on the production work. Therefore, in the safety production of coal mines, when the secondary protection of the substation fails, how to carry out rapid diagnosis and positioning needs to be analyzed and studied. Based on the secondary protection structure of the 35kV substation in Suining Mine, this paper establishes its diagnostic after fault and studies its positioningtechnology, which provides a reference for future work. Key words Intelligent substation ； Secondaryprotection ； Fault diagnosis ； Positioningtechnology; Supplyreliability 163 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 其二次系统的特点是二次的保护采样环节， 由 于增加了合并单元， 并且在其出口环节增加了智能终 端， 这将导致二次设备的保护在系统的整体动作时间 上增加了 7～10ms， 二次系统保护的速动性和可靠性 都会有所降低， 对于供电安全性和可靠性都会有所影 响。其信息环采用千兆光纤以太网， 环内之间的各节 点关系彼此对等， 并且首尾相连， 具有转发和过滤功 能。当信息环网 N- 1 故障时， 其余设备的通信不受影 响。 工作过程中的报文最大帧长 1524 字节， 传输时间 为 12us。 由于二次保护的纵向层次网络的简化， 横向互联 交叉的减少， 使其在工作中对交换机的依赖会大大降 低。 系统的合并单元、 智能终端、 过程层交换机等设备 的存在， 使保护装置采样数量有所减少， 这对保护装 置速动与可靠都会有所提高。而使用紧凑的结构、 小 体积以及分散布置的就地模块， 可以避免单一设备故 障对于系统保护范围的影响， 其二次系统架构如图 2 所示。 图 2二次系统架构 二次系统通信图如图 3 所示 图 3二次系统通信图 接口板卡数据复用如图 4 所示 图 4接口板卡数据复用图 3 变电站二次系统的故障诊断 3.1故障诊断的结构障类型分析 变电站二次系统常见故障有 工作数据错误处理 和执行逻辑的误判， 所引发的二次保护系统装置的错 误动作， 主要是指系统的误动或拒动； 合并单元结构 所采集的错误插值数据以及工作实时数据误差， 所导 致的二次保护系统动作等等。 以下为统计的二次系统 保护工作所对应的平均修复时间，在标准的 24 小时 下， 其对应的修复率为 1/ （24/8760 ） 365 次 / 年。 据此 得二次系统保护的可靠性数据， 见表 1 表 1二次系统保护的可靠性数据 3.2继电保护设备的状态监测 传统的变电站二次保护都是通过， 保护设备上的 辅助装置， 其引出的两个接电位置所接受到的收集信 号比较值， 根据比较值大小来判断二次系统是否处于 正常的运行状态。 但是由于变电站的系统检测需要具 有一定的连续型，需要以变电站的数字化后的信号， 提供二次系统的一系列连续工作信息， 以作为系统的 判断， 实现对二次保护系统的检测要求。当需要变电 站二次保护的监视数据时。第一步， 要将二次系统的 监视数据和信息传输到计算机中， 此过程对变电站二 次保护的工作信息精确度有所要求。 并且要保证检测 到的智能终端以及二次保护装置包括合并单元在内 的的监控信息具有一致性， 并且连续平稳。 3.3二次回路的在线监测 二次回路是指变电站利用电缆所实现的二次 回路接线， 使用光纤通路对其二次回路在线检测。 方 法是光纤通路由光纤网络连接交换机所共享的实时 数据，使变电站二次回路接线过程中出现的故障得 到降低。 3.4离线式故障诊断 所谓的离线式故障诊断系统， 主要指对接入设备 和监测终端两个设备， 它们之间的连接方式和通信方 式都采用无线网络。 以变电站内的探索设备为接入设 备， 以其所实现的内部网络信号来收集二次系统工作 的相关信息及报文， 并且对其分析。 4故障定位技术 元件名称故障率 （次/年 ）误动率 （次/年 ）拒动率 （次/年 ） 系统合并单元0.00670.00330.0033 站内保护装置0.00650.00320.0033 智能终端0.00520.00240.0023 光缆0.001100.001 交换机0.02100.02 时钟器0.00520.00250.0024 164 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 二次系统由 SCD 文件实现其物理端口及虚回路 工作信息的在线采集， 并利用监测网络的拓扑搜索得 到系统的各虚回路之间相应物理通道的各节点范围。 其故障节点范围包括 板卡、 设备、 端口和光纤等等。 常用的故障举证表定位方法， 主要指利用系统全网的 设备通信组成的链路状态， 对二次系统的各物理节点 进行排查，此表可以用来创建对应的算法数据模型。 见表 2 表 2故障举证表 系统的主要设备在采用不同采样、跳阐方式， 所 对应的系统可靠性框图， 如图 5 （a ） ， 框图中英文缩写 对应的设备见表 3 表 3对应的设备中英文缩写 （a ）直采直跳模式 （b）直采网跳模式 （c ） 网采网跳模式 图 5系统可靠性框图 5结论 本文通过对潞宁矿 35kV 变电站二次保护故障 诊断及定位技术研究，详细介绍该变电站的组成结 构， 以及其二次保护的通信拓扑结构， 并针对该变电 站的二次系统的工作参数， 分析其二次系统发生故障 的风险以及对应措施。讨论了不同模式下， 影响变电 站二次保护的有效性、 工作条件下的拒动率及设备元 件的误动率等二次系统的相关参数。 并以变电站的实际运行经验相互结合， 由组成二 次系统的智能化设备和光纤通信通道对其二次保护 进行故障诊断分析和技术定位。 该方法对于降低故障 的排查工作量， 有一定的参考价值。 参考文献 [1] 吴通华, 郑玉平, 周华, 等. 基于功能纵向集成的无防护 安装就地化线路保护[J].电力系统自动化, 2017, 41 （16） 46- 52. [2] 黄继东, 樊占峰, 李宝伟, 等. 面向应用的在线定制式就 地化保护选配功能设计 [J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45 （9） 113- 118. [3] 裘愉涛, 徐凯, 陈福锋, 等. 基于双向环网的变压器保护 就地化实现方案 [J]. 电力系统自动化, 2017, 41 （16） 41- 45. [4] 邓茂军, 樊占峰, 倪传坤, 等. 就地化分布式变压器保护 方案研究[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45 （9） 95- 100. [5] 周小波, 汪思满, 吴正学, 等. 环网分布式母线保护装置 就地化实现探讨 [J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43 （6） 104- 108. [6] 王德林, 郑玉平, 周华良, 等. 基于多 HSR 环网的分布式 母差平台及关键技术[J]. 电力系统自动化, 2017, 41 （16） 27- 34. [7] 王玉玲, 刘宇, 樊占峰, 等. 有限集中式就地化母线保护 方案[J]. 电力系统自动化, 2017, 41 （16） 35- 40. [8] 陈琦, 陈福锋, 张尧, 等. 就地化分布式母线保护性能分 析[J]. 华电技术, 2017, 39 （6） 6- 9. [9] 王冠南, 段惠明, 熊华强, 等. 就地化故障录波系统设计 与关键技术[J]. 电力系统自动化, 2017, 41 （16） 53- 57. [10]郑玉平, 吴通华, 戴魏, 等. 变电站二次设备就地化系统 网络架构探讨 [J]. 电力系统自动化, 2017, 4116） 20- 26. [11] 王同文， 谢民， 孙月琴， 尊智能变电站继电保护系统可靠 性分析化电力系统保护与控制[J]. 2015,43 （6） 58- 66. 作者简介 王晶新 （1990-） ， 男， 汉， 山西阳高人， 2014 年 7 月毕业 于黑龙江科技大学电气工程及其自动化专业，助理工程师， 现从事煤矿供电方向技术工作。 （收稿日期 2019- 5- 6） 故障状态虚回路 举证表 ABCDE 0G10 1G2111 1G3111 1G41111 0G50 统计03101 英文缩写FBSWMUPRITTS 中文光缆交换机合并单元保护装置 智能终端 同步时钟源 165 ChaoXing