智能变电站断路器智能终端异常分析及处理

李 彬，韩东泊

（国网山东省电力公司济南供电公司，山东 济南 250012）

0 引言

智能变电站中，智能设备出现装置异常、装置故障和链路中断等问题，直接影响变电站及电力系统的安全运行。快速判断变电站现场智能设备的异常状态，对变电运维人员处理变电站异常故障能力的提高尤为重要。

智能变电站中的智能设备实现了变电站的智能化，其中在过程层中增加智能终端来实现断路器、隔离开关等一次设备的智能化。智能终端用于断路器及隔离开关控制，接收继电保护装置、测控装置的GOOSE开出命令，动作于断路器、隔离开关分合。同时，智能终端把断路器或隔离开关的位置、状态及智能终端本身的闭锁、告警等信息传送至继电保护装置和测控装置，实现一次设备的测量、控制功能。因此，智能终端的异常状态直接影响继电保护装置对断路器的跳、合闸功能，断路器本体信号的上传功能，断路器、隔离开关的遥控功能，以及一次设备的监视功能［1-5］。

分析一起主变压器110 kV侧开关综合智能单元（智能终端与合并单元一体化装置）故障的异常情况，对智能终端异常判别方法、智能终端异常影响范围及异常处理方法进行系统分析。

1 智能设备组网方式

变电站220 kV、110 kV系统均采用双母线接线，35 kV系统采用单母线分段接线；220 kV系统环网运行，110 kV、35 kV系统分列运行。站内主变保护装置及各侧断路器智能终端、合并单元设备均采用双重化配置，两套配置之间相互独立。1号主变接线方式如图1所示。

图1 1号主变接线图

1号主变110 kV侧过程层GOOSE网络数据流如图2所示。

图2 1号主变110 kV侧GOOSE网络图

图2中可看出1号主变压器保护A、110 kV母线保护与1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A通过光纤直连，直接跳闸；1号主变110 kV侧测控装置则以组网的方式通过交换机，对1号主变110 kV侧综合智能单元发出断路器、隔离开关遥控命令，实现对断路器、隔离开关遥控；其他断路器、隔离开关位置信号、开关本体报警信号、智能组件报警信息都是通过组网的方式进行传输［1-3］。

2 异常象征及原因分析

2.1 异常象征

2017年3月16日 06：26监控中心通知某智能变电站发如下异常状态：1）110 kV母线TV P11测控装置GOOSE接收总状态异常；2）1号主变220 kV侧测控装置GOOSE接收总状态异常；3）1号主变110 kV侧测控装置GOOSE接收总状态异常；4）110 kV母线保护装置接收1号主变110kV侧103间隔综合智能单元A GOOSE中断。

现场检查110 kV母线TV P11测控装置告警灯点亮，装置显示GOOSE接收控制块3异常，GOOSE数据接收总状态告警，110 kV母线保护装置链路异常告警灯亮，装置显示GOOSE9 A网中断，1号主变220 kV侧测控装置告警灯亮，装置显示GOOSE接收控制块3异常，GOOSE接收总状态异常，1号主变110 kV侧测控装置告警灯亮，装置显示GOOSE接收控制块 14、15、16、17、18 异常，GOOSE 接收总状态异常；现场检查110 kV母线保护装置差流、1号主变差动保护差流正常，母线隔离开关位置显示正常。

2.2 异常原因分析

智能变电站智能设备网络监测原理为：采用信号采集端监测是否收到信息数据来判断信号发出端装置及通道的工作状态。

通过以上异常信号及1号主变110 kV侧GOOSE网络图（图2所示）可初步判断为1号主变110 kV侧系统智能设备或GOOSE光纤通道故障，下面分别对本次异常的4个主要异常信号进行分析。

110 kV母线TV P11测控装置GOOSE接收总状态异常。根据智能变电站智能设备网络监测原理，由图2可知110 kV母线TV P11测控装置通过组网的方式接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的母线隔离开关位置，因此分析1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A故障、GOOSEA网交换机故障、GOOSEA网交换机到110 kV母线TV P11测控装置之间光纤故障、1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A到GOOSEA网交换机之间光纤故障均会发出110 kV母线TV P11测控装置GOOSE接收总状态异常信号。

1号主变220 kV侧测控装置GOOSE接收总状态异常。由图2可知，1号主变220 kV侧测控装置通过组网方式接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A发出的母线隔离开关位置，因此分析1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A故障、GOOSEA交换机故障、GOOSEA交换机到1号主变220 kV侧201测控装置之间光纤故障、1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A到GOOSEA交换机之间光纤故障均会发出1号主变220 kV侧测控装置GOOSE接收总状态异常信号。

1号主变110 kV侧测控装置GOOSE接收总状态异常。由图2可知，1号主变110 kV侧测控装置通过组网的方式接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的隔离开关、断路器的位置、一次设备的监视信号、1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的自检告警信号，因此可分析1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A故障、GOOSE A交换机故障、GOOSE A交换机到1号主变110 kV侧测控装置之间光纤故障、1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A到GOOSE A交换机之间光纤故障均会发出1号主变220 kV侧测控装置GOOSE接收总状态异常信号。

110 kV母线保护接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A GOOSE中断。通过图2可知，110 kV母线保护通过点对点光纤直连的方式接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的母线隔离开关位置信号，因此可分析1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A故障、1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A到110kV母线保护之间的光纤链路故障会发出110 kV母线保护接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元AGOOSE中断信号。

通过以上分析可知，若变电站同时发出上述4个异常信号，可判断只可能为1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A故障引起；由于1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A为合并单元与智能终端一体化装置，整个异常过程中并无SV断链信号，且检查110 kV母线保护差流，变压器保护差流、相关遥测值均正常，因此判断本次故障为：1号主变中压侧103开关综合智能单元A的智能终端插件故障。

3 异常影响范围分析

1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A SCD文件如图3所示，与其相关的智能设备有：110 kV母线TV P11测控装置、110 kV母线保护、1号主变220 kV侧测控装置、1号主变110 kV侧测控装置、1号主变A套保护装置、110 kV母线TV P11合并单元。

图3 1号主变110kV侧103间隔综合智能单元A SCD文件

3.1 110 kV母线TV P11测控装置

110 kV母线TV P11测控装置接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A母线隔离开关位置，如图4所示，用于母线接地开关与各间隔母线隔离开关之间的横向连锁。

图4 110 kV母线TV P11测控装置接收1号主变110 kV侧103综合智能单元A GOOSE信息

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，110 kV母线TV P11测控装置无法接收到1号主变110 kV侧103间隔母线隔离开关位置，影响母线横向联锁。

3.2 110 kV母线保护

该变电站中，110 kV母线保护装置单套配置，1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元双重化配置，根据现场设计，110 kV母线保护通过1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A跳闸，并接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的母线隔离开关位置。

如图5所示，110 kV母线保护接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A智能终端插件母线隔离开关位置，实现运行方式的识别，判断该间隔所在母线，用于110 kV母线保护小差差流计算，并作为出口跳闸的依据。

图5 110 kV母线保护装置接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A GOOSE信息

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，110 kV母线保护无法接收到1号主变110 kV侧103间隔母线隔离开关位置，影响110 kV母线保护小差差流计算及出口跳闸判断。本站110 kV母线保护可在相应间隔母线隔离开关位置发生异常时进行运行方式修正，若修正不成功则母线保护会保持异常前的刀闸状态，且发出相应的告警信号。因此此时110 kV母线保护应仍按照1号主变110 kV侧103间隔在I母线运行方式进行小差差流计算及母线保护跳闸出口判据。

如图6所示，1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A接收110 kV母线保护的跳闸命令，在相应母线发生故障时，母线保护装置接通综合智能单元三相跳闸继电器，可向断路器跳闸线圈发出跳闸命令，使1号主变110 kV侧103断路器跳闸。

图6 1号主变110 kV侧103综合智能单元A接收110 kV母线保护GOOSE信息

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，则其无法接收110 kV母线保护的跳闸命令，在相应母线发生故障时，无法实现1号主变110 kV侧103开关的跳闸功能，此时只能通过1号主变中后备保护动作将1号主变110 kV侧103开关跳开，将故障切除。

3.3 1号主变220 kV侧测控装置

如图7所示，1号主变220 kV侧测控装置接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A 103-3开关位置，用于1号主变三侧设备纵向联锁。

图7 1号主变220 kV侧测控装置接收1号主变110 kV侧103综合智能单元A GOOSE信息

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，1号主变220 kV侧测控装置无法接收到1号主变110 kV侧103间隔103-3隔离开关位置，影响主变三侧纵向联锁。

3.4 1号主变110 kV侧测控装置

1号主变110 kV侧测控装置接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A自检告警信号，断路器、开关、接地开关位置信号，分合闸回路监视信号及一次设备监视信号，如图8所示。

图8 1号主变110 kV侧测控装置接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A GOOSE信息

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，影响综合智能单元自检告警信号，分合闸回路监视信号及一次设备监视信号的发出，对一次设备失去监控。

1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A接收1号主变110 kV侧测控装置的遥控指令，以及GOOSE联锁功能，如图9所示，实现对断路器、隔离开关的遥控功能及GOOSE联锁功能。

图9 1号主变110 kV侧测控装置接收1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A GOOSE信息

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，无法实现对断路器、隔离开关的遥控分、合操作，同时本间隔的GOOSE联锁失去作用。

3.5 1号主变A套保护装置

如图10所示，1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A接收1号主变A套保护的跳闸命令，在发生相应故障时，主变保护装置接通综合智能单元三相跳闸继电器，可向断路器跳闸线圈发出跳闸命令，使1号主变110 kV侧103断路器跳闸。

影响范围：1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，则其无法接收1号主变A套保护的跳闸命令，在发生主变故障时，1号主变A套保护差动保护或后备无法实现1号主变110 kV侧103开关的跳闸功能，但可由1号主变B套保护通过1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元B实现对103开关跳闸，将故障切除。

图10 1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A接收1号主变A套保护GOOSE信息

3.6 110 kV母线TV P11合并单元

1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A合并单元插件接收110 kV母线TV P11合并单元母线电压量，再由1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A发送至测控装置、保护装置作为遥测电压及保护电压使用。与1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元智能终端插件无关，因此并不受影响。

根据以上综合分析，本次异常中1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障，110 kV母线保护无法实现跳103开关功能，1号主变A套保护无法实现跳103开关功能；失去对一次设备（SF6压力、开关储能状态等）、103开关综合智能单元A的监视功能。

4 异常处理方法

1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A的智能终端插件故障须将1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A停用处理，该装置为合并单元与智能终端一体化装置，根据图3可知，1号主变A套保护从该装置取保护电流、电压值，110 kV母线保护装置从该装置取保护电流值，因此停用该装置前，须将1号主变A套保护、110 kV母线保护停用，因为主变保护为双重化配置，此时主变保护停用后还有一套可正常运行，因此主变不需要停电处理。但此时1号主变保护为单配置，110 kV母线无母线保护运行，此时不得安排母线及相关元件的倒闸操作。

同时1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A通过硬压板接通跳闸回路及遥控回路，因此1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A停用处理异常时须将103间隔第一套智能终端遥控硬压板、跳闸硬压板停用，防止误开出造成一次设备误动作。

另外1号主变110 kV侧103间隔一次设备的监视信号通过1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A上传至站控层设备，因此1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A停用后，失去对103间隔一次设备的监视，现场运行人员应随时检查一次设备运行状态。

初步处理过程：1）停用1号主变A套保护；2）停用110 kV母线保护；3）停用1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A遥控、跳闸出口硬压板；4）停用1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A；5）做好安全措施，办理工作票开工，进行故障处理。

综上所述，由于1号主变110 kV侧103间隔综合智能单元A智能终端插件软件故障，造成综合智能单元智能终端插件死机，使得断路器智能终端功能丧失。现场需采用对故障综合智能单元智能终端插件进行程序升级。

升级程序后，需对综合智能单元智能终端插件进行重新验收，主要包括：保护跳闸传动试验，断路器、隔离开关等遥控试验，遥信验收正确等，因此需将1号主变110 kV侧103开关停电处理。经现场研究决定，为同时配合检查1号主变其他智能设备，申请将1号主变停电进行了处理，综合智能单元智能终端插件程序升级后重新进行了保护跳闸传动试验，断路器、隔离开关等遥控试验，遥信验收等正确，检查1号主变其他智能组件无异常后将1号主变送电，并恢复正常运行方式。

5 结语

智能变电站中智能终端异常时将影响与本间隔相关继电保护及自动化装置的跳合闸功能，测控装置对断路器、隔离开关的遥控功能，以及对本间隔一次设备运行状态的监控功能（SF6压力低报警、开关弹簧未储能等），因此智能终端异常时必须及时采取相应措施，停用相关保护，并对一次设备加强监视。同时不同变电站内组网方式的有可能不同，智能终端具体作用可能会有差别，需根据各站的数据流图、SCD、CID、ICD等文件作为依据来判断异常设备、智能终端异常影响范围并进行异常处理。

［1］宋庭会.智能变电站运行与维护［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［2］国网浙江省电力公司智能变电站技术及运行维护［M］.北京：中国电力出版社，2015.

［3］国家电网公司科技部.智能变电站继电保护技术规范：Q／GDW 441—2010［S］.北京：中国电力出版社，2010.

［4］国家电网公司科技部.智能变电站技术导则：Q／GDW 383—2009［S］.北京：中国电力出版社，2009.

［5］国家电网公司科技部.智能变电站运行管理规范：Q／GDW 750—2012［S］.北京：中国电力出版社，2011.