隨著電力體制改革的進一步深化與電網的迅速發展,無人值班變電站也迅速發展以至成為當今變電站的主要模式。與此同時,作為無人值班變電站的基礎,變電站綜合自動化技術在電網中的作用也顯得日趨重要。但由于設計、運行、維護和質量等方面的原因,綜自設備引發的事故,也嚴重地威脅著電網的安全穩定運行,務必引起高度關注。
1幾次典型故障
(1)2003-06-13T10:15,長沙局220kV芙蓉變電站在查找直流接地時出現110kV3臺開關(512,514冷備用,520熱備用)同時誤合;2003-07-29T11:43,110kV540開關(II,IV分段開關)誤跳。經調查,故障原因是綜自設備運行環境溫度超標,導致裝置運行不穩定,誤合(跳)斷路器。
(2)2003-07-15T21:09,芙蓉變電站2號主變冷卻器全停啟動跳三側斷路器,1,2號站用變跳閘。但長沙局無人值班監控站沒有發現芙蓉變電站2號主變跳閘,1h后,由長沙局值班調度員發現。經調查,冷卻器全停故障信號沒有作為事故信號引入監控站。
(3)2005-12-06,220kV芙蓉變電站1號主變三側斷路器跳閘,檢查發現1號主變第5組冷卻器風扇電機運行中發生對地絕緣故障,由于分段保險失配,造成1號主變冷卻系統Ⅰ,Ⅱ段電源空氣開關12ZK(63A)跳開,致使1號主變冷卻系統全停。由于調度自動化系統CC-2000系統前置機死機,引起通道故障,冷卻器全停信號無法及時告警,致使1號主變在冷卻器全停1h后跳閘。
(4)2005-09-08,220kV王家坪變電站6143刀閘非正常動作,由合位到分位,當時6143刀閘斷開的是短線路小環網電流,非常僥幸沒有構成相間短路的嚴重事件。刀閘在運行中自動斷開,一般構成相間短路,燒壞設備,后果是相當嚴重的,尤其是母線刀閘,將構成母線故障,是嚴重的不安全事件。通過事故調查分析認為,6143刀閘分閘的原因是614測控單元誤發指令。
(5)2003-01-26,野鴨坡變電站502開關因測控單元故障跳閘。
(6)1999-03-26T10:13,110kV會龍山變電站2號主變誤跳,原因是遙控執行屏小繼電器存在問題。
2事故暴露的主要問題
2.1綜自設備運行溫度問題
按照運行規程規定,微機保護裝置應在室溫5~30℃下運行,超出此范圍必須裝設空調。而現在設計的一些室內變電站,空調一般只裝設于主控室和10kV室。對于芙蓉變電站這種采用分散分布式綜合自動化系統結構的變電站,由于其數據采集、監控以及保護單元一般就地分散安裝在開關柜或其他一次設備附近(芙蓉變電站高壓側斷路器測控、保護裝置裝設在GIS室內),在夏季高溫時節,設備運行環境溫度超標(芙蓉變電站GIS室在未裝空調時室溫超過45℃)引起故障。
2.2監控系統問題
作為無人值班變電站的眼睛與耳朵,一旦監控系統出現問題,就有可能產生嚴重的后果。芙蓉變電站2次由于冷卻器全停造成主變停運的故障,其共同點就在于都是由于監控系統未能將冷卻器全停信號上傳至監控中心,使故障沒有及時被發現和處理。2003年的故障反映出:監控系統設計時不規范,導致主變非電量保護跳閘信號沒有引入事故信號;2005年的故障反映出:CC-2000自動化系統容易引起前置機死機,導致通道故障,沒有監控信號。
2.3前置機的穩定性問題
在變電站綜合自動化系統中,前置機充當站內的保護、測量、控制及通信裝置與變電站運行人員之間的接口,它能正確及時地轉換和傳輸變電站的運行狀態信息以及運行人員的控制命令,是整個系統正常運行的前提,地位重要。因此,可靠性是前置機的首要指標。
變電站正常運行時,站內的保護及測量等裝置只是定時上送遙測、遙信報文。而這些報文處理較簡單,因此在正常運行時前置機的工作負載較小,實時性的要求也相對較低,對資源的要求就比較有限。但在發生故障時,有可能會引起多個裝置一起上送報文,其處理過程比較復雜,而且這些報文相對于遙測及遙信報文有較高的優先級,必須迅速、準確地將故障信息上傳,這就使得前置機的工作負載較正常運行時大大加重。若是前置機負載水平不能合理平衡,就可能因過載而死機,出現類似于芙蓉變電站2005年故障的情況。同時,感染病毒、前置機維護不當也是死機的可能原因。
2.4綜自設備校驗問題
從目前的情況來看,自動化人員對變電站內設備的維護還不到位,也沒有測控裝置的校驗規程。一般只對繼電保護及自動裝置進行校驗,而大多數測控裝置只進行了整組傳動試驗,導致一些問題無法在定期校驗中發現。如220kV王家坪無人值班變電站的測控單元沒有采取有效的閉鎖措施的問題,野鴨坡變電站測控裝置問題,會龍山變電站遙控執行屏小繼電器問題等,如果對測控裝置進行了詳細校驗,都應該可以避免。特別是現在的一些測控裝置,內部可以整定所發出的開出量(跳閘量、閉鎖量等)的保持時間,對這樣的裝置應編制校驗規程,進行全面的校驗,而不是只進行整組傳動。
2.5時間問題
在以上事故調查中發現保護系統、事件系統、錄波系統時間記錄不統一,對故障的分析極為不利。
3措施與建議
(1)無人值班變電站應按照國家對電子設備運行環境要求進行設計,設計時應考慮夏季高溫滿載的運行條件,確保電子設備的安全運行。事實證明,220kV芙蓉變電站經過加裝空調改善環境溫度后,沒有再發生開關誤合和誤跳的故障。
(2)無人值班信息必須規范,開關跳閘信號必須接入監控系統,從技術上保證無人值班變電站反映的信息讓監控中心值班人員能夠易發現、易判斷、易處理。
(3)要重視調度自動化系統(包括變電站自動化系統)的維護工作,對系統的各項監測量和監控量進行定期檢測和校核,定期檢查監控系統的運行工況,做好UPS裝置和GPS對時系統的維護工作,及時進行軟硬件設備的升級換代和功能完善工作,確保計算機監控系統經常處于良好的運行狀態。為防自動化系統的病毒感染,禁止在變電站后臺機上網或裝軟件玩電子游戲。
(4)完善計算機監控系統控制輸出軟硬件閉鎖邏輯功能。一是在軟件方面,增加嚴格的控制輸出閉鎖,杜絕非正常情況下或非法數據引起的控制輸出;二是在硬件方面,在控制輸出回路增加硬件閉鎖邏輯;三是在異常監視方面,增加異常數據的監視邏輯,為事故分析工作提供可靠依據。
(5)嚴格執行“新建變電站防誤裝置應優先采用單元電氣閉鎖回路加微機五防的方案”的規定,建議無人值班變電站應完善單元電氣閉鎖回路。一是實現隔離開關與斷路器實現閉鎖,將斷路器的常閉接點接入隔離開關的操作回路;二是隔離開關與接地刀閘實現閉鎖,將接地刀閘的常閉接點接入隔離開關的操作回路。已運行的變電站應逐步進行改造。
(6)要加強地區監控中心工作站的運行監控工作,對預告信號要認真分析,對嚴重影響運行的預告信號應做好危險點分析,對監控的設備定期進行巡檢,及時發現設備異常狀態。
(7)變電站自動化系統(包括測控單元、遙控繼電器及相關二次回路)必須制定檢驗規程,明確檢驗項目、周期、責任部門,加強定期檢驗和技術監督。
(8)加強電網現有設備時鐘系統的運行維護和對時管理,制定相關制度,將相關二次系統時鐘同步情況納入設備的日常巡視范圍,發現問題及時處理,保證系統時鐘不出現明顯偏差,確保電網故障后相關系統提供的分析數據時序正確。
1幾次典型故障
(1)2003-06-13T10:15,長沙局220kV芙蓉變電站在查找直流接地時出現110kV3臺開關(512,514冷備用,520熱備用)同時誤合;2003-07-29T11:43,110kV540開關(II,IV分段開關)誤跳。經調查,故障原因是綜自設備運行環境溫度超標,導致裝置運行不穩定,誤合(跳)斷路器。
(2)2003-07-15T21:09,芙蓉變電站2號主變冷卻器全停啟動跳三側斷路器,1,2號站用變跳閘。但長沙局無人值班監控站沒有發現芙蓉變電站2號主變跳閘,1h后,由長沙局值班調度員發現。經調查,冷卻器全停故障信號沒有作為事故信號引入監控站。
(3)2005-12-06,220kV芙蓉變電站1號主變三側斷路器跳閘,檢查發現1號主變第5組冷卻器風扇電機運行中發生對地絕緣故障,由于分段保險失配,造成1號主變冷卻系統Ⅰ,Ⅱ段電源空氣開關12ZK(63A)跳開,致使1號主變冷卻系統全停。由于調度自動化系統CC-2000系統前置機死機,引起通道故障,冷卻器全停信號無法及時告警,致使1號主變在冷卻器全停1h后跳閘。
(4)2005-09-08,220kV王家坪變電站6143刀閘非正常動作,由合位到分位,當時6143刀閘斷開的是短線路小環網電流,非常僥幸沒有構成相間短路的嚴重事件。刀閘在運行中自動斷開,一般構成相間短路,燒壞設備,后果是相當嚴重的,尤其是母線刀閘,將構成母線故障,是嚴重的不安全事件。通過事故調查分析認為,6143刀閘分閘的原因是614測控單元誤發指令。
(5)2003-01-26,野鴨坡變電站502開關因測控單元故障跳閘。
(6)1999-03-26T10:13,110kV會龍山變電站2號主變誤跳,原因是遙控執行屏小繼電器存在問題。
2事故暴露的主要問題
2.1綜自設備運行溫度問題
按照運行規程規定,微機保護裝置應在室溫5~30℃下運行,超出此范圍必須裝設空調。而現在設計的一些室內變電站,空調一般只裝設于主控室和10kV室。對于芙蓉變電站這種采用分散分布式綜合自動化系統結構的變電站,由于其數據采集、監控以及保護單元一般就地分散安裝在開關柜或其他一次設備附近(芙蓉變電站高壓側斷路器測控、保護裝置裝設在GIS室內),在夏季高溫時節,設備運行環境溫度超標(芙蓉變電站GIS室在未裝空調時室溫超過45℃)引起故障。
2.2監控系統問題
作為無人值班變電站的眼睛與耳朵,一旦監控系統出現問題,就有可能產生嚴重的后果。芙蓉變電站2次由于冷卻器全停造成主變停運的故障,其共同點就在于都是由于監控系統未能將冷卻器全停信號上傳至監控中心,使故障沒有及時被發現和處理。2003年的故障反映出:監控系統設計時不規范,導致主變非電量保護跳閘信號沒有引入事故信號;2005年的故障反映出:CC-2000自動化系統容易引起前置機死機,導致通道故障,沒有監控信號。
2.3前置機的穩定性問題
在變電站綜合自動化系統中,前置機充當站內的保護、測量、控制及通信裝置與變電站運行人員之間的接口,它能正確及時地轉換和傳輸變電站的運行狀態信息以及運行人員的控制命令,是整個系統正常運行的前提,地位重要。因此,可靠性是前置機的首要指標。
變電站正常運行時,站內的保護及測量等裝置只是定時上送遙測、遙信報文。而這些報文處理較簡單,因此在正常運行時前置機的工作負載較小,實時性的要求也相對較低,對資源的要求就比較有限。但在發生故障時,有可能會引起多個裝置一起上送報文,其處理過程比較復雜,而且這些報文相對于遙測及遙信報文有較高的優先級,必須迅速、準確地將故障信息上傳,這就使得前置機的工作負載較正常運行時大大加重。若是前置機負載水平不能合理平衡,就可能因過載而死機,出現類似于芙蓉變電站2005年故障的情況。同時,感染病毒、前置機維護不當也是死機的可能原因。
2.4綜自設備校驗問題
從目前的情況來看,自動化人員對變電站內設備的維護還不到位,也沒有測控裝置的校驗規程。一般只對繼電保護及自動裝置進行校驗,而大多數測控裝置只進行了整組傳動試驗,導致一些問題無法在定期校驗中發現。如220kV王家坪無人值班變電站的測控單元沒有采取有效的閉鎖措施的問題,野鴨坡變電站測控裝置問題,會龍山變電站遙控執行屏小繼電器問題等,如果對測控裝置進行了詳細校驗,都應該可以避免。特別是現在的一些測控裝置,內部可以整定所發出的開出量(跳閘量、閉鎖量等)的保持時間,對這樣的裝置應編制校驗規程,進行全面的校驗,而不是只進行整組傳動。
2.5時間問題
在以上事故調查中發現保護系統、事件系統、錄波系統時間記錄不統一,對故障的分析極為不利。
3措施與建議
(1)無人值班變電站應按照國家對電子設備運行環境要求進行設計,設計時應考慮夏季高溫滿載的運行條件,確保電子設備的安全運行。事實證明,220kV芙蓉變電站經過加裝空調改善環境溫度后,沒有再發生開關誤合和誤跳的故障。
(2)無人值班信息必須規范,開關跳閘信號必須接入監控系統,從技術上保證無人值班變電站反映的信息讓監控中心值班人員能夠易發現、易判斷、易處理。
(3)要重視調度自動化系統(包括變電站自動化系統)的維護工作,對系統的各項監測量和監控量進行定期檢測和校核,定期檢查監控系統的運行工況,做好UPS裝置和GPS對時系統的維護工作,及時進行軟硬件設備的升級換代和功能完善工作,確保計算機監控系統經常處于良好的運行狀態。為防自動化系統的病毒感染,禁止在變電站后臺機上網或裝軟件玩電子游戲。
(4)完善計算機監控系統控制輸出軟硬件閉鎖邏輯功能。一是在軟件方面,增加嚴格的控制輸出閉鎖,杜絕非正常情況下或非法數據引起的控制輸出;二是在硬件方面,在控制輸出回路增加硬件閉鎖邏輯;三是在異常監視方面,增加異常數據的監視邏輯,為事故分析工作提供可靠依據。
(5)嚴格執行“新建變電站防誤裝置應優先采用單元電氣閉鎖回路加微機五防的方案”的規定,建議無人值班變電站應完善單元電氣閉鎖回路。一是實現隔離開關與斷路器實現閉鎖,將斷路器的常閉接點接入隔離開關的操作回路;二是隔離開關與接地刀閘實現閉鎖,將接地刀閘的常閉接點接入隔離開關的操作回路。已運行的變電站應逐步進行改造。
(6)要加強地區監控中心工作站的運行監控工作,對預告信號要認真分析,對嚴重影響運行的預告信號應做好危險點分析,對監控的設備定期進行巡檢,及時發現設備異常狀態。
(7)變電站自動化系統(包括測控單元、遙控繼電器及相關二次回路)必須制定檢驗規程,明確檢驗項目、周期、責任部門,加強定期檢驗和技術監督。
(8)加強電網現有設備時鐘系統的運行維護和對時管理,制定相關制度,將相關二次系統時鐘同步情況納入設備的日常巡視范圍,發現問題及時處理,保證系統時鐘不出現明顯偏差,確保電網故障后相關系統提供的分析數據時序正確。