10kV線路保護瞬時故障后重合閘不動作分析

黎曉雯

摘 要：自動重合閘是指當斷路器跳閘之后，能夠自動地將斷路器重新合閘的裝置。重合閘作為電力系統繼電保護裝置的重要組成部分，在保證系統安全、穩定和經濟運行等方面起著非常重要的作用。本文主要針對一起變電站10kV線路瞬時故障后不能重合閘的情形進行保護裝置性能分析，研究其中不能重合閘的具體原因，提出防范該缺陷的措施，提高日常維護的針對性與廣泛性。

關鍵詞：重合閘；裝置電源；出口驅動

0 引言

隨著現代電力工業的發展，電力系統裝機容量和供電地域不斷擴大，電力系統的結構和運行方式越來越復雜而多變，同時對電能質量、供電可靠性和運行經濟性的要求也越來越高，使得智能繼電保護的作用變得愈來愈重要。智能重合閘作為保證電力系統安全穩定持續供電、提高電力系統經濟性的重要保護措施之一，它的研究與采用必將會給電力系統帶來更為顯著的技術經濟效益。

重合閘作為電力系統繼電保護裝置的重要組成部分，在保證系統安全、穩定和經濟運行等方面起著非常重要的作用。使用重合閘的目的是為了在瞬時性故障消除后使線路盡快重新投入運行，此外還可糾正由于繼電保護誤動作或其他原因所引起的誤跳閘，從而在最短的時間內恢復整個系統的正常運行狀態，以保證系統的安全供電。影響重合閘動作的因素有許多，其中保護裝置CPU損壞是其中一個因素。

1 裝置運行情況

2015年08月24日16時52分，集控終端報“黃江站709開關分閘；黃江站10kV 709線路保護動作信號；黃江站709開關[10kV709線路保護動作信號]；黃江站10kV709裝置故障總信號動作/復歸循環告警”，如圖1 PCS9000系統報文所示。

運維人員到現場檢查發現：黃江站10kV F9南寶線709開關在分閘狀態，后臺機報文如圖2所示。709開關保護裝置“過流三段動作”動作，10kV F9線路TWJ異常動作/復歸循環告警。高壓室內709開關保護裝置液晶面板“白屏”無法查看任何報文，裝置面板上“告警燈”、“過流保護動作燈”均亮起，但裝置無重合。

對裝置深入檢查發現：10kV F9南寶線709開關保護裝置告警燈與過流動作出口燈亮起的時候，測試裝置出口壓板，無出口電壓。裝置的“告警燈”與“過流動作出口燈”經多次復歸后可復歸，但在裝置重啟后“告警燈”、“過流保護動作燈”立刻再次亮起，但無出口電壓。

圖2 PCS9000系統后臺信息

在確認保護裝置試驗條件的情況下開展了現場帶電檢查、分析工作，具體情況如下：

（1）饋線跳閘后不能重合閘，但測試裝置的相關二次回路正常；

（2）現場檢查發現裝置液晶屏已死機無法查看相關信息，裝置面板“過流”跳閘燈亮著；

（3）重新啟動保護裝置，液晶屏也不能查看，面板上的“過流跳閘燈”亮起，測試保護裝置出口壓板，裝置無出口電壓；

（4）裝置面板上的“過流跳閘燈”在按一次的復位鍵無法復歸，再多次復位后，“過流跳閘燈”才熄滅；

（5）更換裝置的液晶面板、電源插件、操作插件均無效，直至更換CPU插件后裝置才恢復正常。初步懷疑保護裝置的CPU插件存在問題。

（6）在更換保護裝置的CPU插件后，裝置恢復正常，更新裝置的相應參數與定值，試驗保護裝置的動作邏輯，結果邏輯試驗正確，后臺保護裝置報文也一一對應，裝置恢復正常。

2 設備故障分析

待確認裝置退出運行的情況后，對裝置的所有板卡進行檢查。經檢測發現位于CPU板采樣回路的C51貼片電容擊穿（解下后該電容兩端已導通），導致保護電流采樣發生異常。如圖3所示。

圖3 C51貼片電容所處CPU板位置及擊穿電容

C51貼片電容位于第一組OP497（N2）精密、皮安級輸入電流、四通道運算放大器的驅動電源回路。驅動電源原理如圖4所示。

圖4 C51貼片電容驅動電源原理圖

第一組OP497芯片驅動電源由CPU板的電源插件引入DC12V電源，經驅動電源回路處理后輸入OP497芯片的V+及V-引腳，對該芯片供電。C51貼片電容擊穿導致第一組OP497電流輸入放大器驅動電源故障，會使饋線裝置保護電流采樣異常。異常電流會以一種不定態的方式存在，電流時大時小，無規律的變化，可能會瞬時增大或減小，也有可能消失。

重合閘分保護啟動重合閘及位置不對應啟動重合閘兩種。現場當時開關是由保護動作跳開的，按照正常的重合閘邏輯，保護動作跳開開關后，ABC三相無流（0.06In），保護動作跳開開關及開關跳開后裝置保護電流采樣無流為與門關系，兩者同時滿足條件時裝置重合閘動作。但由于OP497放大芯片工作狀態異常，導致裝置保護電流采樣在重合閘啟動復歸時間內沒有達到無流條件，所以裝置重合閘未能動作。保護裝置重合閘的邏輯框圖如圖5所示。

圖5 保護裝置重合閘的邏輯框圖

由于第一組OP497芯片驅動電源是引自電源插件的DC12V組，C51貼片電容擊穿導致電源板DC12V負端接地，DC12V組異常。而保護裝置的液晶面板供電也由該電源插件的供電，液晶面板工作電源異常，因此液晶面板無顯示。過流動作指示燈為自保持狀態，需手動復歸。

在繼電保護裝置產品設計開發過程中，需要對重要元器件進行工況監視，以保證裝置的安全可靠性。但是建立這種監視的基礎在于元器件本身需要有可監視性，即其可以實時反饋輸出自身工況信息，供CPU板監視。如繼電保護中最常見的出口故障，保護裝置原理是出口動作時會拉低出口元件驅動芯片的監視信號。CPU實時監視該信號，如果裝置沒有出口動作，但是監視到該芯片的反饋信號被拉低，就判斷為出口故障。這時裝置發出口故障報警信號，并閉鎖裝置，防止誤出口。

OP497芯片是一款美國Analog Devices公司生產具有精密性能的四通道運算放大器，采用節省空間的工業標準16引腳SOIC封裝。出色的精度、低功耗與極低輸入偏置電流特性相結合，使這款放大器能廣泛用于各種應用中。其2、3、5、6、11、12、14、15為該放大器的四個通道的輸入端（-IN、+IN），1、7、10、16為四個通道的輸出端（OUT），4、13為的工作電源輸入端（V+、V-），8、9為NC端（NO CONNECT），NO CONNECT表示該引腳與芯片內部無任何連接，芯片中NC引腳沒有任何用途，只是限于封裝形式，該引腳必須存在。通過資料表明，其標準16引腳沒有任何引腳提供運行工況反饋的。而且其工作的前端電源也只是簡單的電容電阻回路。所以C51電容擊穿后，導致放大器元件工作異常，但裝置是沒辦法收集反饋信息的。所以本次異常動作中，裝置采樣回路電源故障，但裝置沒有發出報警信號，沒能閉鎖出口元器件，導致裝置誤動的情況。

3結束語

針對該變電站饋線裝置重合閘不正確動作的情況，現場更換保護裝置損壞的CPU板卡，重新編譯CPU程序，試驗保護裝置的邏輯，成功將饋線投入運行，恢復正常供電。

本文對于C51電容損壞導致保護裝置不能成功重合閘的原因進行了分析，由于現場情況千變萬化，個別元器件的損壞屬于不可抗力。在以后的工作中，需要在裝置定檢時，對裝置保護及測量量進行檢測：在確保試驗儀器精度的前提下，對裝置加量，保證裝置采樣正確，誤差在規范允許的范圍之內；對裝置進行出口傳動試驗時，保護帶出口跳開開關，并實現重合閘，確保裝置動作值及動作時間正確；查看后臺信號確保保護裝置動作與后臺信號一致。進而保證裝置從采樣到功能實現再到信息上傳均無問題。如果試驗過程中發現有設備運行異常，應及時處理。

線路重合閘功能作為電力系統繼電保護裝置保護功能的重要組成部分，在保證系統安全、穩定和經濟運行等方而起著非常重要的作用。因此，對重合閘不能正確動作進行深入的分析與研究，探尋保護裝置的保護原理、分析其中的缺陷原因，調整運維工作的維護策略，具有十分重要的實用意義。經過本次的缺陷分析，可見早期的保護裝置設計結構存在一些弊端：（1）保護裝置CPU插件與電源插件安裝在同一板卡，電源板的發熱嚴重，可能會影響裝置CPU正常運行，造成裝置故障。（2）保護裝置在CPU插件損壞的情況下，不會閉鎖保護裝置出口，同時后臺機報文不全，在裝置插件死機的情況下沒有告警信號。針對這兩項弊端，日后運維驗收應該加強新裝置在這兩方面的驗收試驗，進而使得保護裝置的功能可以進一步完善，適應電網發展的趨勢。