GIS 局部放電在線監測裝置共模干擾故障處理分析

章濤，梁年柏，王智嬌，劉崧，劉昊，王云飛

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528001）

1 研究背景

隨著數字電網建設的加速推進，變電一次設備加裝了各種用于運行狀態量監測的設備，以獲取一次設備的運行狀態，進而獲得設備的健康狀態，為設備運維提供決策支持。GIS 設備局部放電在線監測系統就是通過監測GIS 設備局部放電量來實時監測GIS 設備的運行狀態。GIS 設備局放在線監測系統故障將導致GIS 設備運行健康狀態監測失真，進而影響GIS 設備的運維決策。

某站GIS 局放在線監測系統投產2 年來，每1 ～2個月就會出現某些監測點數據為0 的狀況。經現場檢查發現，采集裝置電源模塊電路板的L（火線）與G（地線）之間的壓敏電阻燒損，其燒損情況如圖1 所示，進而導致該采集裝置無法正常工作。在更換電源模塊和加裝穩壓電源后，發現僅正常運行半個月左右，又會出現相同的狀況。在運行維護過程中發現，該站的采集裝置故障并非個例，同樣的故障在現場5 臺采集裝置上均有發生。而其他站同批次設備卻運行正常。針對該站的采集裝置故障，運維人員開展了故障原因分析和故障處理。

2 故障原因分析

某變電站GIS 局放在線監測系統由監測系統屏，就地綜合柜和采集裝置組成，詳見如圖2 所示的GIS 局放監測系統結構圖。監測系統屏主要負責數據的就地分析、展示以及將數據上送電科院，就地綜合柜的功能是匯集采集裝置的數據并上送至監測系統屏和通過電源分配來管理采集裝置的電源，采集裝置主要負責采集傳感器獲得的數據。現場電源取自二次交流電源配電屏。

圖2 GIS 局放監測系統結構圖

采集裝置的壓敏電阻燒損不是短時間立即燒損，而是可以運行15 天左右。因而原因可能為壓敏電阻兩端電壓過高多次超過其動作值導致其頻繁動作，次數多后導致其燒損失效。

該壓敏電阻的型號為14D471K，可承受電壓423～470V，啟動電壓300V，通流容量4500A，靜態電容420pF。

裝置電源為引自二次交流電源配電屏的220V 站用電源，而壓敏電阻啟動電源為300V，是什么原因導致電源模塊電壓升高呢？

由于燒損的壓敏電阻為L（火線）與G（地線）之間的壓敏電阻，考慮是接地不良的原因。現場測得L 與G 之間的電壓為205V，N(零線)與G（地線）之間的電壓為15V。根據上述數據發現N 與G 之間的電壓偏高，可能是該站接地網阻值偏高或N 與G 回路接觸不良。

同時，鑒于L 與G 之間易產生共模干擾，導致電路板L 與G 之間電壓升高并超過300V，使得壓敏電阻頻繁動作，最終導致壓敏電阻燒損失效。現場整個系統使用的電纜雖然是3 芯電纜，但實際在使用中的僅有兩芯，剩余一芯閑空未被投入使用。雖電路板電源G端有經其他設備外殼接地，但由于電源端懸空，外部干擾易通過導線電容耦合進入電路，各點采集裝置接地電壓不一樣，形成地電位差引入共模干擾，導致電壓升高。當電壓超過300V 時，壓敏電阻動作，反復動作后，導致其燒損失效。

該站建在半山腰上，開山而建。底層為花崗巖質地，上面覆蓋回填土，整個變電站接地電阻較高且不均勻，易導致各點采集裝置接地電壓出現差異。

經上述分析，可確定壓敏電阻失效故障是由共模干擾所致。

3 故障處理

根據上述第三節的分析，明確了壓敏電阻燒損失效的原因是共模干擾導致的電壓升高。消除共模干擾的處理方法一般有四種：一是采用屏蔽雙絞線并有效接地；二是布線時遠離高壓線；三是采用線性穩壓電源或高品質的開關電源；四是強電場的地方采用鍍鋅管屏蔽。從保障壓敏電阻不被燒損的角度，可以采用提高壓敏電阻啟動電壓的方式，通過選擇更高啟動電壓的壓敏電阻，使壓敏電阻不動作或少動作。

該站開山而建，底層為花崗巖質地，上面覆蓋回填土，整個變電站接地電阻較高，降低接地電阻降低施工量大，且需要立項和施工，耗時長。為了快速消除該故障，綜合考慮施工難易度和經濟性后，選擇采取有效接地和線性穩壓電源相結合的方法。一是將電路板電源G 端有效接地，G 端直接接入外殼，并在綜合就地柜將電源端的接地線均與接地端子排相連接，消除易通過導線電容耦合進入電路的外部干擾。二是在綜合就地柜處加裝一臺UPS 裝置，提高電源端的穩定性。

4 結語

（1）變電站運維中應重視接地網狀態評估，適時關注接地網運行狀態，發現問題應及時處理，防止因接地網狀態不良導致二次設備運行故障的發生。

（2）處理措施經過運行檢驗，在線監測裝置未發生任何故障，數據正常，提高了監測設備運維的穩定性。

（3）提高電源端穩定性和采取有效接地方式消除電源回路中的耦合干擾相結合的處理措施能有效消除共模干擾，具有良好的經濟性和實時性。

（4）此次電源模塊共模干擾的處理措施對GIS 設備局放監測系統的運行維護具有一定的借鑒意義。