遙信就是調度自動化系統對變電所斷路器、隔離開關等被控對象分合位置的反映。若現場設備的位置狀態并未發生改變,而調度自動化系統報告了遙信變位,這就是遙信誤報。
電網中,35kV及以上隔離開關多為室外布置,隔離開關輔助接點長期運行在嚴酷的環境中,加之變電所強電磁場的干擾可能引起遙信誤報。
隔離開關的位置是電網運行方式的重要標志,遙信誤報將導致電網動態模擬構圖的不確定性。大量的遙信誤報,調度監視屏不斷彈出大量不實的報警信息,而將真實信息淹沒在偽遙信報告之中,調度員在頻繁誤報信息的干擾和誤導面前將無所適從。因此,遙信誤報問題是電網調度安全的隱患,必須得到重視和解決。
1隔離開關遙信誤報的原因
1.1對遙信量采集回路的分析
RTU遙信采集原理圖見圖1。
圖中V1為反極性保護二極管,R1為泄漏電阻,R2為限流電阻起瞬間保護作用,V2為門檻二極管起消除噪聲的作用;R3為光耦集電極電阻,R4、C組成消顫網絡以消除接點顫動的影響;OC為光耦器件將外部回路與數字電路隔離。
從圖1看,遙信誤報來自于隔離開關的輔助接點、遙信回路的電纜接線、RTU裝置內部,或它們之間配合。對以往遙信誤報情況的分類統計表明,隔離開關的輔助接點出現問題的幾率最高。
1.2隔離開關輔助接點及與RTU的配合問題
1.2.1隔離開關輔助接點常出現的幾種故障
正常情況下,隔離開關輔助接點的動觸片與隔離開關的動觸頭是同步轉動的,隔離開關在“合”或“分”時,輔助接點應在確定的導通或斷開狀態,否則輔助接點就有缺陷。
•接點失步:輔助接點的連桿松開或滑動,或輔助接點“超行程”、“欠行程”情況,動靜觸片可能處于“臨界接觸”狀態,微小的擾動即能改變其通斷狀態。
•接點氧化:接點盒密封不完全,溫度的劇變引起接觸面上結露,使飛灰揚塵中的電解質溶解,易與銅質接點發生氧化反應,在表面生成分布不均勻的氧化銅膜。因氧化銅是不導電的,遙信回路的24V電壓也不能可靠地擊穿薄層氧化膜,因此當隔離開關操作帶動輔助接點動觸片轉動時,將與靜觸片的不同部位相接觸,在接觸過程中輔助接點會出現時通時斷的情況。
•接點形變:若接點的安裝偏心,動觸片在接觸行程中與靜觸片之間在某個部位產生撞擊和較大的摩擦,引起接觸面變形,致使某些部位壓力很小,甚至會出現間隙,因而隔離開關行程中接點的通斷狀態是變化的。
1.2.2RTU與隔離開關輔助接點之間的時間配合
遙信的采樣掃描周期只幾個毫秒,而隔離開關輔助接點的動作行程時長一般在100~400ms之間。在隔離開關操作期間,輔助接點的接觸面情況是變化的,接點兩端典型的電壓-時間特性與RTU的遙信采樣情況見圖2。
采樣點的電壓高于13V時RTU即認為是“1”,采樣點的電壓低于11V時RTU即認為是“0”(圖中電壓遲滯區為11~13V,橫坐標為采樣周期)。即在隔離開關動作期間,RTU采集到輔助接點的多次通斷。
1.3來自遙信電纜的干擾
1.3.1干擾的存在
一次,我們查找遙信誤報的原因時,在控制室RTU屏拆除了遙信電纜所有的端子接線,用示波器測得電纜芯線上仍有1.33V的工頻信號和0.12~0.23V的雜頻信號,用數字萬用表測得電纜芯線對地電位2.92~3.01V。電纜退出運行而芯線上還有信號電壓,可以確認,這根遙信電纜與其它回路存在著電磁耦合,對遙信回路產生了靜電干擾、較強的差模干擾和微弱的共模干擾,而干擾的信號源只能來自遙信電纜以外。
1.3.2遙信誤報的可能性
經檢查發現,隔離開關輔助接點盒至遙信端子箱的電纜穿PVC管地埋敷設,埋深10~15cm,其中的一段約30cm與某線路避雷器散流體的距離不足25cm。那根遙信電纜規格為KVV4×1.5,沒有屏蔽層。遙信誤報的當日,變電所巡視記錄登錄了該避雷器C相動作一次,時間與遙信誤報的時間吻合。因此可斷定,經避雷器接地體釋放的雷電流對沒有設防的遙信回路產生了強烈的干擾,因此產生遙信誤報。
1.4遙信端子受潮與線頭脫落
室外遙信端子箱密封不好,遙信端子的排列又很密集,端子排結露,富含電解質的水珠將相鄰的端子排短接并使其等電位。當水分蒸發后,各個端子的電位又恢復,這種現象類似于高壓設備絕緣子的“污閃”,在這期間RTU反映出數次遙信變位。
變電所室外設備的遙信數量多,以往常將這些遙信在室外端子箱匯集,然后用音頻通信電纜集中接入RTU屏。因通信電纜線徑小,安裝時線頭受傷不易被發現,長期運行后,傷處更易氧化,最終脫落,引起遙信回路斷線,RTU即記錄一次遙信變位。另外,音頻通信電纜還存在絕緣強度、機械強度、電磁屏蔽、防水等問題,也可能導致遙信誤報。
1.5遙信板故障
主要是遙信板上元器件損壞,我們曾發現過濾波電容冒漿、保護二極管和門檻二極管擊穿、光耦損壞等情況。尤其嚴重的是光耦失去隔離后,有可能將幾個遙信的輸入短接,或將輸入信號直接引入下一級集成電路,引發這些電路的損壞。除元器件老化的原因外,這些故障多由遙信輸入回路竄入的強烈干擾信號引起,結果是遙信誤報。
2限制遙信誤報的措施
2.1隔離開關輔助接點與RTU的配合
2.1.1對隔離開關輔助接點的處理
•保護接點:接點除銹、拋光并采取防腐措施,密封接點盒;
•檢修調試時嚴格執行相關技術標準,重視對隔離開關的輔助接點的調試,檢修工作應包括遙信傳動試驗的內容。
2.1.2RTU的軟件配合
其實,我們只關心隔離開關輔助接點最終的狀態,因此對隔離開關操作過程中采集到“偽變位”可“視而不見”。據此我們設計編寫了消除中間遙信變位信號的程序,對廠家的遙信處理程序進行改進。程序框圖見圖3。
其中Td為設置的去干擾時長,t為實時時間。程序的工作原理是“延時重測”:當發現某個遙信變位的時,先記錄下該遙信變位的時間T[K]和狀態S''[K],并對該遙信設置變位標志YX[K]和延時標志YS[K],計算出延時重測的時間點t''。待延時結束后,檢查S''[K]狀態有無變化,若S''[K]發生翻轉則認為是遙信誤報,否則更新內存S[K]并報告在T[K]發生遙信變位。該程序針對每一次遙信進行處理,因增加標志和數組,相應地增加了內存開銷和計算量,但在延時處理時段遙信的采集不會中斷,因此不影響站內事件的分辯率。
Td增大,遙信誤報率降低。RTU處理遙信固有的延時一般為3~5ms,若Td設置為50ms,理論上遙信誤報的發生率降低到原來的3~5。但Td不能設置的太大,Td增大相應地也增加了遙信響應的延時,降低了站間遙信的分辯率,Td過大還可能發生遙信漏報的情況。選擇Td的原則是:在確保遙信不漏報的情況下,盡量減少遙信誤報的幾率。
對于集中式RTU,遙信量的處理全部由一個中央CPU承擔,對所有遙信量的延時處理是一致的。Td的選擇除依據隔離開關輔助接點的行程時間外,還要考慮到其它遙信信號的動作時間(如帶瞬動觸點的信號繼電器,接點的動作時間為20~100ms),Td一般取15~30ms較為適中;對于多機分布式RTU,遙信采集板本身自帶CPU,各遙信板的遙信處理延時可以單獨設置,因此我們可以對不同動作特性的遙信信號區別對待,將隔離開關遙信集中接入某幾塊遙信板,這樣Td可以設置得長一些,一般取100~200ms。
現場試驗證明,這段小程序既可以排除偶然干擾信號,也有效地限制了接點振動的影響。對于輻值大于U/2+1V的干擾信號,在Td時間內可有效濾除;對于接點振動的情況,發生在2Td時間內的將不會引起遙信誤報,如果隔離開關接點的動作行程超過2Td時長,程序也可有效減少誤報次數。
2.2遙信回路補強措施
2.2.1對遙信電纜的處理
•更換不合格的電纜:用音頻電纜作為遙信電纜是不合適的,遙信電纜應是屏蔽、防水的,且有一定的絕緣強度(大于600V)、一定的機械強度和耐腐蝕性,芯線的截面應大于1mm2,電纜中的芯線或是分別屏蔽的或是兩兩交叉纏繞的,電纜外層必須帶屏蔽層,如KVV20×1.5屏蔽電纜。
•電纜的敷設:隔離開關到電纜溝或室外遙信端子箱的遙信電纜,應穿鍍鋅鋼管敷設,鋼管埋深應大于60cm,鋼管應與變電所的接地體牢固焊接,敷設的路徑盡量遠離避雷器的散流區;電纜在電纜溝內敷設,應盡量遠離強電電纜,兩者不可在同一層。
•電纜屏蔽接地:電纜兩頭的屏蔽層以10mm2的多股軟銅線與變電所的銅質地網牢固連接,電纜多余的芯線應相互短接并接地。
2.2.2遙信端子箱的處理
采取的主要措施是:端子箱內除塵,端子箱的門上加密封膠條,在端子箱內部安裝自動加熱器,將普通遙信端子更換為密封端子。
2.2.3遙信輸入端增加一級光電隔離器件
在遙信采集回路中串接GKJ-02光電隔離器,將遙信板輸出的浮離24V電平隔離轉換為220V電平加在隔離開關輔助接點兩端,這樣大幅度提高了遙信回路抗干擾能力(可隔離180V以下感應干擾信號)和有擊穿薄層氧化物膜的能力。增加一級隔離,還有效地防止了遙信回路強烈的干擾信號竄入RTU內部電路,使遙信板的運行更為安全。
2.2.4其它措施
采用雙位遙信:取一對常開接點和一對常閉接點,將“00”、“11”作為可接受的遙信狀態“0”和“1”,而“01”、“10”則認為是中間狀態。這樣處理需要增加一倍的遙信量,但可以及時發現隔離開關輔助接點的缺陷。
調度端遙信量與遙測量的關聯處理:隔離開關的“合”和“分”往往對應著相應遙測量值的“有”和“無”,針對這個對應關系,我們設想在調度端的遙信處理程序前增加一段遙信過濾程序,若收到遙信變位信息而其對應的遙測值“有”和“無”沒有變化,則認為是誤遙信。這樣做還可以將隔離開關檢修時的遙信動作屏蔽掉。
3結束語
變電所實行無人值班后,調度員對調度自動化系統的信息高度依賴,35kV及以上隔離開關遙信誤報性質是比較嚴重。究其原因,有環境因素的影響,有施工過程遺留的缺陷,有設備及其相互間的配合問題。一旦變電所投運后,這些缺陷處理起來是比較煩瑣的。本文根據維護經驗,分析了遙信誤報產生的原因,總結出針對這一類問題的處理方法,并注意到在解決遙信誤報問題的同時,防止產生遙信漏報。在綜合采取這些措施后,隔離開關遙信誤報的現象將會很少發生。