國網安徽省電力公司銅陵供電公司的研究人員曾偉華、史非、蘇建明， 在2017年第9期《電氣技術》雜誌上撰文指出， 基於羅氏線圈型電子式互感器以其優良的性能得到了廣泛應用,互感器輸出弱電信號需要就地佈置採集單元進行光電轉化。
本文分析了一起繼電保護連鎖動作過程,結合現場錄波圖及數字仿真技術,採用在高低溫環境條件下進行動模試驗,證明該型電子式互感器採集單元在高溫及低溫條件下輸出信號極易發生輸出異常。
在此基礎上給出了具體解決方案,通過在保護邏輯功能上引入資料異常閉鎖判據解決採集異常造成的繼電保護誤動作,模擬實驗結果證明該方案可靠有效,能夠有效識別該型電子式互感器採集單元異常資料。
就地佈置的採集單元由於工作環境惡劣,經常出現異常導致繼電保護裝置誤動作， 嚴重影響電網安全運行。 對此許多學者展開研究， 提出了多種解決方案[1-5]。
但對採集單元異常原因分析主要集中在電磁相容等方面[6-9]， 環境溫度對採集單元運行影響， 研究較少， 由於採集單元主要由電子元器件組成， 嚴重依賴溫度等條件， 早期投運的電子式互感器由於缺乏統一的標準， 很多都不滿足工程運行要求。 出現了多起故障。
本文通過分析一起由電子式互感器引起的繼電保護誤動作事件，
1 保護動作情況分析
1.1故障前運行方式
某變電站220千伏系統合環運行， #2主變2802開關運行220千伏Ⅱ母；110kV系統：110千伏系統分裂運行， Ⅰ母線空載運行， #2主變110千伏 402開關供110千伏Ⅱ母線、110千伏濱謝415開關、110千伏濱亞421開關運行；35千伏系統：#2主變35千伏 302開關供35kVⅡ段母線。 該變電站故障前運行方式如下圖1所示。
圖1 系統運行方式
1.2 保護動作情況
（1）110千伏濱謝415線保護動作情況：1月24日6點15分42秒492毫秒， 110千伏濱謝415線路保護零序IV段出口跳開415開關三相；
(2) #2主變差動保護動作情況：1月24日8點01分01秒676毫秒， #2主變第二套保護比率差動B、C相動作跳開#2主變2802、402、302開關， 跳閘時由於110千伏濱亞421開關向110kVⅡ母反送電，
(3) 110千伏低頻解列裝置動作情況：1月24日8點07分27秒716毫秒， 該變電站供使用者變餘熱發電機組系統頻率下降， 導致該變電站110kV低頻、低壓減載裝置低頻動作跳開110kV濱亞421開關；
(4) 110千伏母差保護動作情況：1月24日 8點08分55秒857毫秒， 該變電站110千伏母線保護失壓， 110千伏濱謝415間隔仍然存在故障電流， 導致母差保護動作條件滿足， II母B相差動動作跳110千伏 II母， 分別跳開Ⅱ母上的開關。
2繼電保護動作行為分析
2.1 線路保護動作分析
通過調取110千伏濱謝415開關間隔電流故障錄波器記錄， 如下圖2所示。
圖2 110千伏濱謝415間隔電流波形圖
圖2所示415間隔B相電流波形為一直流分量， 同一時刻A、C相電流為正常正弦波形，
圖3 零序保護動作原理框圖
2.2 主變差動保護動作分析
如圖4所示，#2主變高壓側B套合併單元輸出電壓及電流波形，從圖中可以看出B套合併單元C相電流波形出現較大畸變，畸變幅值達到-265.206A，在故障時刻A、C相僅出現負荷電流，三相電壓波形為正常電壓波形，無任何降低或畸變等現象，判定一次設備無故障，合併單元輸出電流波形出現異常，但對於主變差動保護，無任何電壓閉鎖邏輯，導致主變差動保護動作，跳開三側開關。
圖4 #2主變B套合併單元輸出電壓電流波形
3 資料採樣及處理環節分析
3.1 故障錄波圖分析
如圖5所示為該站#2主變保護配置原理圖，根據雙重化配置原則，A、B套採集單元及合併單元遵循相互獨立原則，但基於羅氏線圈型電子式互感器輸出信號經並聯分別提供給A、B套採集單元，根據這一原則，通過分析A套裝置可診斷B套系統故障點。
圖5 主變保護配置原理圖
圖6所示為A套合併單元輸出的三相電流波形，從圖中可以看出故障前電子式互感器輸出電流信號正常，排除一次電子式互感器故障導致的故障跳閘事故。
圖6 故障前後主變高壓側A套合併單元輸出電流波形
3.2 採集單元溫度動模試驗檢測情況
故障發生後，立即將2號主變電子式互感器C相採集器1、採集器2及110千伏415線路電子式互感器A相採集器3、B相採集器4、C相採集器5送至中國電力科學研究院進行試驗，試驗結果情況如下：
（1）高溫試驗情況：在高溫試驗中，在達到最高溫度70℃的過程中，各採集器均能正常工作，合併單元輸出波形角差、比差符合標準要求。
（2）低溫試驗情況：在低溫試驗中，在溫度降至零下9℃左右時，採集器2、採集器4對應的合併單元通道向外輸出異常波形，如圖7-10所示。
圖7 低溫試驗2號主變C相B套合併單元輸出異常波形
圖8在低溫試驗主變C相B套採集器2輸出異常波形
圖9 在低溫試驗415線路B相合併單元輸出異常波形
圖10 在低溫試驗415線路B相採集卡4輸出異常波形
綜上所示，在零下9℃低溫情況下，採集器2、採集器4均不能正常工作。但由於此時試驗所用的合併單元比現場實際合併單元軟體版本更新，因此在接收到採集器的異常資料後，合併單元將採樣資料判定為無效，保護裝置接收到這種資料後會閉鎖，避免發生誤動作，繼續降溫至20度時，合併單元對應的採集器1~採集器5均不再輸出，僅有參考採集器6正常工作，如圖11所示。
圖11 在-20℃低溫試驗時採集器1~採集器5均不再輸出波形
（3）常溫試驗情況：在常溫試驗中，此次送檢的各採集器均試驗正常，其合併單元輸出波形角差、比差符合標準要求。
從上述試驗波形資料中可以得知，在現場多次輸出異常波形、導致保護動作的採集器2和採集器4在零下9℃時就出現了異常，無法正常工作。剩餘三個採集器1、採集器3、採集器5在零下20℃時也出現了異常、無法正常工作。
由此可見，故障現場送檢的採集器1~採集器5均不滿足Q/GDW 424-2010《電子式電流互感器技術規範》中要求戶外正常工作溫度-40°C~+70°C的要求。
該變電站電子式互感器所使用的合併單元未在採集器輸出異常信號時閉鎖輸出。依據《電子式電流互感器技術規範》4.2.8，合併單元應能保證在電源中斷、電壓異常、採集單元異常、通信中斷、通信異常、裝備內部異常等情況下不誤輸出。
4 數據異常閉鎖判據
4.1 數據異常閉鎖判據
4.2 動作資料分析
圖12 波形係數分佈圖
如圖12所示一般情況下，波形係數R大於0即認為波形失真，資料異常，圖中波形系數值達到了2，嚴重失真，通過上述閉鎖方式可有效識別資料異常。
5 結束語
本文通過分析一起繼電保護連鎖故障動作過程，指出電子式互感器採集單中繼資料異常為導致該故障發生的主要原因，通過對採集單元進行高低溫試驗，證明該型電子式互感器在低溫條件下，不滿足設備運行有關規定，分析故障波形，引入了閉鎖判據，算例分析證明該閉鎖判據可有效識別採集單中繼資料異常等情況，為電子式互感器識別採集單中繼資料異常提供了有效的理論及工程解決辦法。
2.2 主變差動保護動作分析
如圖4所示，#2主變高壓側B套合併單元輸出電壓及電流波形，從圖中可以看出B套合併單元C相電流波形出現較大畸變，畸變幅值達到-265.206A，在故障時刻A、C相僅出現負荷電流，三相電壓波形為正常電壓波形，無任何降低或畸變等現象，判定一次設備無故障，合併單元輸出電流波形出現異常，但對於主變差動保護，無任何電壓閉鎖邏輯，導致主變差動保護動作，跳開三側開關。
圖4 #2主變B套合併單元輸出電壓電流波形
3 資料採樣及處理環節分析
3.1 故障錄波圖分析
如圖5所示為該站#2主變保護配置原理圖，根據雙重化配置原則，A、B套採集單元及合併單元遵循相互獨立原則，但基於羅氏線圈型電子式互感器輸出信號經並聯分別提供給A、B套採集單元，根據這一原則，通過分析A套裝置可診斷B套系統故障點。
圖5 主變保護配置原理圖
圖6所示為A套合併單元輸出的三相電流波形，從圖中可以看出故障前電子式互感器輸出電流信號正常，排除一次電子式互感器故障導致的故障跳閘事故。
圖6 故障前後主變高壓側A套合併單元輸出電流波形
3.2 採集單元溫度動模試驗檢測情況
故障發生後，立即將2號主變電子式互感器C相採集器1、採集器2及110千伏415線路電子式互感器A相採集器3、B相採集器4、C相採集器5送至中國電力科學研究院進行試驗，試驗結果情況如下：
（1）高溫試驗情況：在高溫試驗中，在達到最高溫度70℃的過程中，各採集器均能正常工作，合併單元輸出波形角差、比差符合標準要求。
（2）低溫試驗情況：在低溫試驗中，在溫度降至零下9℃左右時，採集器2、採集器4對應的合併單元通道向外輸出異常波形，如圖7-10所示。
圖7 低溫試驗2號主變C相B套合併單元輸出異常波形
圖8在低溫試驗主變C相B套採集器2輸出異常波形
圖9 在低溫試驗415線路B相合併單元輸出異常波形
圖10 在低溫試驗415線路B相採集卡4輸出異常波形
綜上所示，在零下9℃低溫情況下，採集器2、採集器4均不能正常工作。但由於此時試驗所用的合併單元比現場實際合併單元軟體版本更新，因此在接收到採集器的異常資料後，合併單元將採樣資料判定為無效，保護裝置接收到這種資料後會閉鎖，避免發生誤動作，繼續降溫至20度時，合併單元對應的採集器1~採集器5均不再輸出，僅有參考採集器6正常工作，如圖11所示。
圖11 在-20℃低溫試驗時採集器1~採集器5均不再輸出波形
（3）常溫試驗情況：在常溫試驗中，此次送檢的各採集器均試驗正常，其合併單元輸出波形角差、比差符合標準要求。
從上述試驗波形資料中可以得知，在現場多次輸出異常波形、導致保護動作的採集器2和採集器4在零下9℃時就出現了異常，無法正常工作。剩餘三個採集器1、採集器3、採集器5在零下20℃時也出現了異常、無法正常工作。
由此可見，故障現場送檢的採集器1~採集器5均不滿足Q/GDW 424-2010《電子式電流互感器技術規範》中要求戶外正常工作溫度-40°C~+70°C的要求。
該變電站電子式互感器所使用的合併單元未在採集器輸出異常信號時閉鎖輸出。依據《電子式電流互感器技術規範》4.2.8，合併單元應能保證在電源中斷、電壓異常、採集單元異常、通信中斷、通信異常、裝備內部異常等情況下不誤輸出。
4 數據異常閉鎖判據
4.1 數據異常閉鎖判據
4.2 動作資料分析
圖12 波形係數分佈圖
如圖12所示一般情況下，波形係數R大於0即認為波形失真，資料異常，圖中波形系數值達到了2，嚴重失真，通過上述閉鎖方式可有效識別資料異常。
5 結束語
本文通過分析一起繼電保護連鎖故障動作過程，指出電子式互感器採集單中繼資料異常為導致該故障發生的主要原因，通過對採集單元進行高低溫試驗，證明該型電子式互感器在低溫條件下，不滿足設備運行有關規定，分析故障波形，引入了閉鎖判據，算例分析證明該閉鎖判據可有效識別採集單中繼資料異常等情況，為電子式互感器識別採集單中繼資料異常提供了有效的理論及工程解決辦法。