浅析GPS对时系统在电力系统故障分析中的应用

余志生，张晓驰

（铜陵有色铜冠冶化分公司，安徽 铜陵 244000）

在电力系统中，由于电网的互通以及继电保护装置的灵敏度，经常使得单台设备的故障引发大范围的跳停，这种时候就需要存在一个统一的、高精度的时间基准。电力系统有了统一时钟，就可以通过开关动作的先后次序或者信号的精确时间及变化顺序来分析故障的原因和过程，因此利用GPS卫星对时装置实现时钟统一是保证电力系统安全运行、提高运行水平的一个重要措施。此外，GPS中的卫星同步时钟系统因具有授时精度高、范围广、可靠性高、覆盖面广、全天候且不受外界各种干扰等诸多优点，促使它在电力系统中能够得到广泛的应用，逐渐得到人们的重视。本文分析一起由故障跳闸引起生产设备相继跳闸的故障案例，体现GPS对时系统在故障分析的应用价值和重要性。

1 GPS对时系统简介

GPS对时系统主要由GPS接收机、高精度OCXO或铷钟、本地同步校准单元、测查单元、误差处理及控制结构和输入输出这几部分组成。GPS对时系统主要分为硬对时、软对时和编码对时三种对时方式。硬对时一般用分对时或者秒对时，分对时将秒清零，秒对时将毫秒清零，秒对时精度要高于分对时；软对时是以通讯报文的方式实现的，这个时间是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间；编码对时目前常用的为IRIG-B对时，可以看作一种综合对时方案。为提高精度，实际中一般采用硬对时和软对时相结合的方式，即装置通过通讯报文获取年月日时分秒信息，同时通过脉冲信号精确到ms、us。GPS对时系统不仅与各保护装置及自动化设备有着密切的联系，还对于电力系统的故障和操作分析起着重要作用，采用GPS对时系统是保证电力系统安全运行、提高运行水平的一个重要措施。GPS对时系统应用于电力系统中有助于分析电力系统故障与操作时各种装置动作情况及系统行为，搞清故障的起因和发展过程，精确实现电力系统中的SOE（事件顺序记录）功能。

2 故障经过

某年8月1日18时43分，某工厂变电所 总降值班室微机保护后台显示1#炉底风机故障保护动作跳闸、硫酸II期2#、3#循环水泵、1#空压机（10kV，937kW）、1期SO2风机、II期吸收塔2#循环泵等10kV设备相继跳闸；随即调度电话告知球团区域、硫酸区域现场大面积失电，硫酸10kV配电室内有焦糊味；专业技术人员赶到现场后，查看微机保护装置及后台信号并对故障跳闸设备检查并初步分析原因后，于7时30分许逐步恢复对现场送电。

3 故障原因分析

采用GPS对时系统，从微机保护后台显示可以清晰看出故障跳电信号产生的时间先后，如下图1所示。

表中信号时间即为故障动作时间，从上表中可以看到主要故障动作设备次序为：首先硫酸站1#空压机（零序动作、1段过流BC相），其次硫酸站联络柜（1段过流BC相），然后硫酸站电容器等（低电压），再到发电站1#炉底风机（1段过流A相、零序动作）。分析动作信号及现场勘查可知，首先发生故障的是硫酸站1#空压机，线路或者电机首先发生单相接地，随后是两相同时接地并导致短路。该短路电流在1s时间内迅速积聚达到约16000A导致硫酸站联络开关速断保护动作跳闸。由于硫酸站单进线（2#进线柜）运行，在母联断开后1段母线所载设备失电跳闸（低电压）；同时，在BC相接地短路发生的瞬间，10kV系统BC相电压降至0，A相电压抬高至1.7倍相电压左右，由于此时发电站1#炉底风机在满负荷状态，电机内部绝缘薄弱处对电压升高较为敏感，从而导致了该风机电机A相对地绝缘失效并产生了较大的接地电流（A相速断动作3300A、零序动作）。球团10kV设备无故障跳闸信号，判断该区域失电应为低压开关带欠压脱扣跳电所致。

图1 微机保护后台显示故障跳电信号截图

图2 故障电路图

故障电路图如下图2所示。

故障发生后，随即联系电气检测部门对故障电机进行绝缘、直流电阻测试。测试结果显示1#炉底风机相地绝缘为零，打开机盖发现电机A相定子绕组固定头爆裂，现已经返厂维修。本次故障中，由于GPS对时功能的存在，可以由故障记录确定，1#空压机故障在前，1#炉底风机在后，因此重点检查1#空压机及其线路。1#空压机本体检测结果正常；出线柜检测结果正常，检查微机保护整定值设置正确，微机保护动作信号正常；软启动柜内有拉弧放电痕迹，可控硅模块已炸裂。因此可以推断：软启动装置带压线圈接头连接线单相接地引起弧光闪络（零序1段），由于三相连接线间距较短且连接线积灰较多，在闪络瞬间引起两相接地短路（BC相短路，短路电流2000A）。

4 总结

本次故障前后共有两台设备发生接地故障，依靠GPS对时系统的精确记录，才可以准确判断出谁是原发性故障，谁是继发性故障，从而为后续的故障处理提供理论依据。在电力系统运行过程中，电网的运行状态瞬息万变，为保证电网安全和经济运行，以计算机技术和通信技术为基础的自动化装置被人们广泛使用。随着自动化水平的不断提高，GPS对时系统对电力系统起着必不可少的作用，可实现全站各系统在统一时间基准下运行的监控。本文章通过对故障跳闸故障的分析研究，表明可以利用GPS对时系统通过各开关动作的先后顺序来分析故障的原因和发展过程。GPS对时系统在电力系统中的广泛应用促进了电力系统安全、可靠、稳定的运行，具有良好的发展前景。