一起強干擾導(dǎo)致裝置顯示異常事件的原因分析與改進

李文明 胡耀凱 陸繼堯 李保明

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌461000）

0 引言

繼電保護裝置穩(wěn)定可靠運行是電氣設(shè)備安全運行的重要保證。近年來，繼電保護裝置生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的硬件及軟件質(zhì)量極其重視，在提高硬件、軟件的可靠性等方面做了深入研究和很多改進，來保證繼電保護裝置的穩(wěn)定可靠運行。然而，仍然存在極個別的由于現(xiàn)場強電磁干擾而導(dǎo)致裝置運行異常的情況發(fā)生，給廠站的安全穩(wěn)定運行帶來了嚴(yán)重的影響。本文通過對某集運站電動機保護裝置出現(xiàn)黑屏或白屏的原因進行了分析，并提出了改進措施。

1 事故經(jīng)過

1.1 故障現(xiàn)象

某日某集運站，在皮帶機停止、手分接觸器、手車搖進搖出時，微機保護裝置有時會出現(xiàn)黑屏或白屏無顯示的現(xiàn)象。黑屏的裝置重新上電后會恢復(fù)正常，再次試驗時可能還會出現(xiàn)上述現(xiàn)象；白屏無顯示的裝置重新上電后有的可恢復(fù)，有的無法恢復(fù)。

該現(xiàn)場共34臺微機保護裝置，20臺為進出線保護，14臺為電動機保護。出現(xiàn)顯示異常的裝置均為電動機保護，先后共發(fā)現(xiàn)6臺出現(xiàn)問題。

1.2 項目環(huán)境及保護配置

項目地址：某集運站。

項目用途：煤炭集運中心。

項目環(huán)境：兩個集運廠棚，分別由兩個配電室控制所有電力系統(tǒng)。

保護配置：兩個配電室共配置34臺微機保護裝置，其中14臺為電動機保護（保護控制皮帶機運行的電動機），電機由交流真空接觸器控制，如圖1所示；另外20臺為進出線保護，開關(guān)配置為直流真空斷路器。所有保護裝置的開關(guān)電源和控制回路電源均為直流。

圖1 電動機保護柜全景

2 故障原因分析

2.1 初步原因分析

現(xiàn)場問題裝置有兩臺返回公司，經(jīng)測試，一臺裝置中繼器芯片損壞，另一臺裝置正常。

通過對現(xiàn)場裝置的現(xiàn)象進行分析，應(yīng)該為外部干擾導(dǎo)致裝置電源異常，使得裝置出現(xiàn)黑屏或白屏無顯示的現(xiàn)象，其中中繼器芯片損壞也是外部干擾導(dǎo)致。

裝置出現(xiàn)黑屏?xí)r測試無24V電壓，裝置重新上電時，恢復(fù)正常運行，可初步判斷為裝置電源短時停止工作。

本裝置電源采用DC220V輸入，有24V、主5V、副5V共3路輸出，所有輸出均具有過電壓、過功率、短路保護，為驗證裝置問題原因，現(xiàn)場展開測試查找。

2.2 現(xiàn)場問題分析與測試

2.2.1 對31AH7保護柜進行測試

對接觸器進行多次手分手合試驗，電動機保護裝置出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象，所有指示燈均不亮。測量電源的DC220V輸入正常，電源輸出的24V、主5V、副5V輸出均為0V，重新上電后裝置運行正常。裝置黑屏原因判斷為電源暫時停止工作。

為查找干擾源，裝置接線只保留電源線和接地線。再次進行接觸器手分手合操作，用示波器監(jiān)視DC220V輸入和主5V輸出，發(fā)現(xiàn)220V輸入干擾較小。干擾源可以排除電源輸入220V、24V開入、通信副5V、模擬量接線等接線上的干擾，初步判斷干擾可能來自于相鄰屏柜的輻射干擾。

2.2.2 對32AH11保護柜進行測試

監(jiān)視電動機保護裝置的同時，對旁邊開關(guān)柜以及對面開關(guān)柜的接觸器進行分合試驗，發(fā)現(xiàn)干擾非常大，如圖2所示。

圖2 通道1為DC220V，通道2為主5V

通過以上測試，可以基本確定裝置黑屏或白屏等現(xiàn)象是因為相鄰屏柜接觸器分合瞬間產(chǎn)生強大的輻射干擾，造成裝置電源出現(xiàn)問題所致。測試中還發(fā)現(xiàn)裝置有放電現(xiàn)象，如圖3所示。

2.3 最終原因分析

放電位置與相鄰器件大概有2mm的間距且表面有三防漆處理，要使此兩點間擊穿放電可能有3～4kV的浪涌電壓。經(jīng)分析，因接觸器電磁分合閘機構(gòu)為感性元件，尤其是在分閘瞬間會產(chǎn)生很高的浪涌電壓，超過裝置正常使用范圍。如果分合閘機構(gòu)自身沒有低阻抗釋放回路，產(chǎn)生的浪涌電壓會通過相關(guān)線路進入電動機保護裝置，導(dǎo)致裝置電源24V與副5V之間產(chǎn)生瞬間尖脈沖干擾，使得電源因過電壓保護暫時停止輸出，裝置即出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。如果此干擾過大，會燒壞裝置其他元器件，使得裝置出現(xiàn)白屏無顯示的現(xiàn)象。

圖3 放電點

3 故障處理及改進

3.1 故障處理方案

（1）為消除干擾，首先在裝置電源輸出端并聯(lián)224（0.22μF/400V）的滌綸電容，用示波器監(jiān)視電源輸出端，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)滌綸電容后對干擾抑制效果明顯。

（2）滌綸電容太大，不容易整改，將滌綸電容改為貼片電容（1μF/50V）。監(jiān)視發(fā)現(xiàn)，電源輸出端并聯(lián)貼片電容對干擾抑制作用明顯。

（3）經(jīng)分析，放電位置都與24V輸出有關(guān)，可以通過在24V-與大地之間直接并聯(lián)壓敏電阻，吸收大部分干擾；并在電源每路輸出過壓回路加大退耦電容（1μF）抑制干擾。

3.2 最終改進方案

對電動機保護裝置做如下處理：

（1）在裝置電源輸出的24V-對大地直接并聯(lián)壓敏電阻（10D471）。

（2）電源每路輸出過壓保護回路加大退耦電容（由100nF改為1μF）。

現(xiàn)場所有34臺裝置全部做如上處理，改進主板后進行電快速瞬變、浪涌抗擾度摸底測試，裝置均正常。

4 結(jié)語

本文對某集運站接觸器分合時裝置顯示異?，F(xiàn)象進行了詳細(xì)分析，并結(jié)合實際提出了切實可行的改進方案。

在發(fā)電廠、變電站、集運站等重要現(xiàn)場，干擾源眾多、設(shè)備復(fù)雜、干擾頻率范圍廣，特別是斷路器、隔離開關(guān)、接觸器等設(shè)備分合瞬間，會產(chǎn)生強烈的電磁干擾。二次回路的設(shè)計應(yīng)該在電磁兼容方面給予更多的考慮，采取更嚴(yán)密的抗干擾措施。同時，對一些電磁干擾尚未建立精確的數(shù)學(xué)或物理模型，要在實踐中結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行系統(tǒng)的研究。

［參考文獻(xiàn)］

[1]繼電保護和安全自動裝置通用技術(shù)條件：DL/T478—2013[S].

[2]智能變電站繼電保護通用技術(shù)條件：GB/T32901—2016[S].