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10 kV厂用电保护装置出现对时异常故障的分析与处理

2023-10-25 658 上传者：管理员

摘要：本文针对某大型水电站10 kV厂用电系统保护装置中存在对时异常的现象，分析其根本原因是每套10 kV保护装置上分配的对时信号较弱，容易丢失，为此提出了增强保护装置对时信号的优化方法。将每段10 kV母线上的保护装置由2路对时信号线改为4路，并对信息网络柜内电B码对时端子排上的接线优化布置，使授时源均匀引接至各段10 kV母线开关柜，有效抑制对时异常缺陷的发生，从源头消除了此类缺陷。

关键词：
优化方案
保护装置
信号
对时异常
异常缺陷
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10 kV厂用电控制着机组自用电(励磁系统，断路器分合闸等)、公用系统用电(油系统，水系统，气系统，消防等)、检修用电、照明用电以及大坝液压启闭机开启关闭等用电，对整个电站的安全稳定运行起着至关重要的作用。某大型水电站10 kV厂用电系统保护装置频繁出现的对时异常现象，导致保护装置多次发出异常告警信号，不仅大大增加了运行维护人员工作量，还可能影响保护动作后的分析处理。本文针对10 kV厂用电保护装置出现的对时异常缺陷进行重点分析，提出改造方案并实施。

1、电力系统对时间同步的需求

电力系统是时间相关系统，电压、电流、相角、功角等参数都是基于时间轴的波形，为了保证电力系统时间同步，要求继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制系统、能量管理系统(EMS)和生产信息管理系统等装置或系统必须基于统一的时间基准运行，以满足事件顺序记录(SOE)、故障录波、实时数据采集时间等要求，确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性，以提高运行效率和可靠性[1],因此当电力系统保护设备发生经常对时异常故障时，需要引起高度重视。

2、保护装置对时介绍

某大型水电站10 kV厂用电系统保护装置主要包含了CSD-211A-G线路保护测控装置、CSD-213A-G光纤纵联差动保护测控装置、CSD-241A-G变压器保护测控装置、CSD-246A-G备用电源自动投入装置等，这些保护装置具备实时监视并记录运行设备、相关二次回路及装置自身的运行工况的功能，包括故障记录、录波记录、事件顺序记录和装置操作记录。记录的时标信息来源于装置内部的时钟系统，其时间分辨率为1 ms。时钟系统支持网络对时和精确GPS脉冲时间同步及B码对时[2],在装置失电后由内部后备电源提供时钟工作电源，该水电站10 kV厂用电系统保护装置均采用B码对时方式[3],即IRIG-B对时方式，是专为时钟传输制定的时钟码，每秒输出一帧，按秒、分、时、日期的顺序排列时间信息[4]。

保护装置的授时源分别来自左、右岸副厂房10 kV 厂用电保护信息网络柜上授时装置(26n),由柜内电B码对时端子排(26C1D、26C2D)分别引接至各段母线PT柜旁两个开关柜内通信回路(TD)端子排上，再由该端子排分别并联引至该段母线上的其他开关柜，供每个开关柜上的保护装置对时使用。如图1、图2、图3所示。

3、对时异常缺陷排查

左、右岸厂内10 kV保护自投运以来，多次出现保护装置显示时间与实际时间不一致的情况。维护人员到达现场后，首先是查看对时源是否正常，重新紧固相关保护装置对时端子，若对时仍未恢复正常，则重启保护装置，经重启后保护装置虽均能正常对时，但经过一段时间后，仍然会再次出现对时不准的现象。

图1 厂用电保护信息网络柜上10 kV保护授时装置及端子接线

图2 10 kV开关柜内对时回路端子图

图3 原对时信号电缆接线图(右岸12M为例)

由于每一路对时信号电缆均并接了8、9套10 kV保护装置，而正常情况下，每根对时信号电缆上只宜并接4套保护装置，因而每套10 kV保护装置上分配的对时信号较弱，容易丢失对时信号。

4、对时异常优化方法

为了从根本上消除此类缺陷，需要将每段10 kV母线上的保护装置由2路对时信号线改为4路，具体步骤如下：

1)从厂用电保护信息网络柜新增两路对时电缆，分别引至每段母线两端的3、13号备用开关柜内；

2)解开3、4号和11、12号开关柜之间的并接对时线，将每段母线上的保护装置对时信号线分成4段，使得每段保护信息网络柜直接引出的对时电缆上只并接4、5套10 kV保护装置，其余接线不变；

3)接线完成后依次检查每套保护装置的对时是否正常。

优化后如图4所示。

图4 优化后原对时信号电缆接线图(右岸12M为例)

5、实施效果与改善

该水电站10 kV厂用电系统保护装置实施优化方案后，经过一段时间的跟踪观察，相关缺陷出现的频率大大降低，在一定程度上减轻了运行维护人员的工作量。而针对仍会偶然出现的对时异常问题，经工作人员现场检查后，发现保护信息网络柜内电B码对时端子排上的接线过于集中，即授时源未均匀分配到保护装置上，需要重新分配授时源，确保保护信息网络柜内电B码对时源均匀引接至各段10 kV母线开关柜内，经过此次优化，保护装置对时异常问题得到进一步改善。

6、结语

本文介绍了某大型水电站10 kV厂用电系统保护装置的对时特点，通过处理频繁出现的对时异常现象，分析出导致对时异常的根本原因乃是每套10 kV保护装置上分配的对时信号较弱，容易丢失对时信号，针对这个问题给出了优化方案，并在实施优化方案后，有效抑制了此类缺陷的发生，取得了良好的效果。

参考文献:

[1]于跃海,张道农,胡永辉,等.电力系统时间同步方案[J].电力系统自动化,2008,32(7):82-86

[2]张玉屏.GPS时钟同步系统介绍及在水电厂的应用[J].水电厂自动化,2007,28(4):358-362

[3]周斌,黄国方,王耀鑫,等.在变电站智能设备中实现B码对时[J].电力自动化设备,2005,25(9):86-88

[4]刘准,杨廷勇,田茂廷,等.巨型电站时钟同步系统设计及应用[J].水电与新能源,2021,35(6):4-6,52

文章来源:王子文,王龙辉,童志祥等.10 kV厂用电保护装置出现对时异常故障的分析与处理[J].水电与新能源,2023,37(10):46-48.