楊 豐，齊肖彬

（國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070）

500kV 變電站線路保護(hù)配置為雙光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)全線路的速動(dòng)保護(hù)［1］，其光纖差動(dòng)保護(hù)原理簡單、抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)作可靠，但對于光纖通道質(zhì)量依賴程度較高，尤其是復(fù)用2 M通道［2－3］，其數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)較多，極易造成通道誤碼增大、通道中斷，導(dǎo)致兩側(cè)保護(hù)裝置數(shù)據(jù)無法正常進(jìn)行交換，線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)拒動(dòng)［4－5］。以下就一起500kV 變電站因隔離開關(guān)操作造成保護(hù)通道中斷的故障進(jìn)行原因分析并給出相應(yīng)解決問題的措施及相關(guān)建議。

1 故障情況及原因查找

某500kV 變電站在進(jìn)行操作5043－2隔離開關(guān)合閘時(shí)，5043－2 隔離開關(guān)U 相嚴(yán)重放電，500 kV 2號(hào)母差保護(hù)裝置動(dòng)作，500kV 1號(hào)線路保護(hù)RCS－931（距離元件）、P544（差動(dòng)元件）、RCS－902（距離元件）保護(hù)裝置動(dòng)作，500kV 2號(hào)母線（差動(dòng)元件）保護(hù)裝置動(dòng)作，跳開故障點(diǎn)兩側(cè)開關(guān)及2號(hào)母線上所有開關(guān)，故障相U 相。

事后調(diào)查，500kV 1號(hào)線路保護(hù)RCS－931主保護(hù)差動(dòng)元件未動(dòng)作（裝置啟動(dòng)后差動(dòng)元件退出753ms）。該變電站1號(hào)母線、2號(hào)母線一次接線圖見圖1所示，其中1TA、2TA 為500kV 線路保護(hù)ⅠⅡ裝置用繞組，3TA、4TA 為500kV 母線保護(hù)ⅠⅡ裝置用繞組。

圖1 500kV 變電站一次接線

現(xiàn)場調(diào)取監(jiān)控信息及線路、母線保護(hù)裝置的動(dòng)作元件、時(shí)序（圖2為保護(hù)動(dòng)作時(shí)序），并結(jié)合故障錄波器的故障波形，進(jìn)行現(xiàn)場故障推演，在進(jìn)行5043－2隔離開關(guān)合閘過程中，5043開關(guān)內(nèi)部發(fā)生接地，產(chǎn)生很大的故障電流，故障點(diǎn)存在于L2線路保護(hù)和號(hào)2母線保護(hù)TA 之間，故線路保護(hù)和母線保護(hù)同時(shí)快速動(dòng)作，開關(guān)切斷故障電流，隔離故障點(diǎn)。從而判斷5043開關(guān)內(nèi)部放電為此次事故的原因。

圖2 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序

2 原因分析

2.1 保護(hù)信息分析

RCS－931保護(hù)裝置差動(dòng)元件退出未動(dòng)作，原因?yàn)镽CS－931保護(hù)光電轉(zhuǎn)換裝置MUX－2M 的電源受到高頻干擾，影響MUX－2M 的數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致保護(hù)裝置退出。在事后的開關(guān)恢復(fù)送電的過程中，進(jìn)行5043－2 隔離開關(guān)分合試驗(yàn)得到驗(yàn)證，監(jiān)測光電接口MUX－2M 裝置，在5043－2 隔離開關(guān)分合過程中，均出現(xiàn)L2 線路RCS－931保護(hù)退出現(xiàn)象，經(jīng)查光電接口裝置的電源在5043－2隔離開關(guān)分合過程中，會(huì)引起長時(shí)間的多次電弧燃燒，在回路中形成一系列的高頻電流、電壓衰減振蕩波。振蕩波的電壓幅值等于電弧點(diǎn)燃瞬間端口之間的電位差。電氣設(shè)備間的連線相當(dāng)于天線，將暫態(tài)電磁場的能量向周圍空間輻射，通過靜電耦合或電磁耦合而作用于弱電回路，產(chǎn)生干擾電壓，同時(shí)通過連接母線的CVT 直接耦合到二次設(shè)備。造成光電接口裝置收發(fā)異常，保護(hù)通道中斷，差動(dòng)元件退出運(yùn)行的發(fā)生。

2.2 干擾源分析

對該事件進(jìn)行分析，造成光電接口裝置通信收發(fā)異常的原因?yàn)?043－2 隔離開關(guān)合閘過程中產(chǎn)生的高頻干擾，對于母線隔離開關(guān)向開關(guān)側(cè)充電可以等效為隔離開關(guān)合閘于不帶電的純電容負(fù)荷，如圖3所示。

圖3 隔離開關(guān)空充等值電路

當(dāng)5043－2隔離開關(guān)動(dòng)靜觸點(diǎn)逐漸接近時(shí)，動(dòng)靜觸頭間電場強(qiáng)度隨之增大，當(dāng)隔離開關(guān)斷口間的電位差足以使其空氣絕緣擊穿時(shí)，就發(fā)生第一次電弧閃絡(luò)。一般情況下由于隔離隔離開關(guān)操作速度較慢，第一次拉弧多數(shù)發(fā)生在電源側(cè)工頻電壓最大值附近，一旦閃絡(luò)拉弧開始，電流將通過隔離開關(guān)觸點(diǎn)向短線（電容）迅速充電。

在電容充滿電壓的同時(shí)，如圖3所示，電源側(cè)電壓US于母線側(cè)電壓UL間電壓為零，這時(shí)隔離開關(guān)觸點(diǎn)間電源側(cè)的電容充電的回路自然中斷。通過零電位點(diǎn)后，由于電源側(cè)US 隨著工頻電壓變化幅值和相位，導(dǎo)致隔離開關(guān)斷口US與UL之間的電壓又開始增大，且隔離開關(guān)斷口US與UL之間電位差相反，當(dāng)增大到大于觸點(diǎn)間的擊穿電壓時(shí)，隔離開關(guān)觸點(diǎn)間隙第二次被擊穿，母線電位再經(jīng)過振蕩，改變?yōu)榇藭r(shí)電源電壓的瞬時(shí)值電位，電弧熄滅。這樣的電弧重燃和熄滅過程反復(fù)出現(xiàn)，直到隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭接觸為止。

隔離開關(guān)合閘過程中斷口間隙距離逐漸縮小，則電弧重燃時(shí)斷口兩端的電位差也逐漸縮小，故在工頻一個(gè)周期內(nèi)電弧重燃次數(shù)逐漸增加，母線或短線電壓成為越來越密的階梯狀波形。這些波沿母線傳播，并經(jīng)母線終端或各種電容器設(shè)備注入地網(wǎng)（例如電容式電壓互感器），行波在每一個(gè)斷點(diǎn)處都產(chǎn)生反射，從而產(chǎn)生各種高頻振蕩，其頻率范圍一般為50～5MHz。這些高頻振蕩與二次回路耦合會(huì)感應(yīng)出強(qiáng)烈的干擾。

隔離開關(guān)在合閘過程中產(chǎn)生的高頻電流在地網(wǎng)系統(tǒng)中四散分布，在地網(wǎng)的不同點(diǎn)引起高頻電位差，在二次控纜的屏蔽層及設(shè)備箱體中感應(yīng)出電流，從而對屏蔽層的電纜線芯和被屏蔽的設(shè)備造成干擾［6］。

2.3 二次元器件分析

變電站按照反措要求，已裝設(shè)二次等電位地網(wǎng)，但由于光電接口裝置與線路保護(hù)裝置未處于同一平面上的二次等電位地網(wǎng)（光電接口裝置與通信地網(wǎng)相連），并且檢查發(fā)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換裝置MUX－2M 的電源正極未接地，導(dǎo)致隔離開關(guān)分合過程中產(chǎn)生的電弧干擾，通過大地串入裝置，造成光電接口裝置電源異常，進(jìn)而中斷保護(hù)差動(dòng)信息的傳遞。對于這類干擾因素，只有通過屏蔽和接地方法來解決［7］。

經(jīng)以上分析，得出此次保護(hù)通道中斷的原因是隔離開關(guān)在合閘過程中產(chǎn)生了高頻電流干擾，而通信電源48V 正極未在光電接口裝置側(cè)接地，從而使光電裝置受到高頻的干擾，并最終導(dǎo)致保護(hù)通道中斷的故障發(fā)生。通過隔離開關(guān)分合試驗(yàn)也驗(yàn)證了上述結(jié)論的正確性。

3 處理措施及效果

現(xiàn)場試驗(yàn)將光電接口裝置MUX－2M 的電源正極就地接地處理，在進(jìn)行隔離開關(guān)分合時(shí)，保護(hù)通道異?，F(xiàn)象消失，在該故障后，二次專業(yè)已組織對所有光電接口裝置電源正極在安裝處進(jìn)行接地。結(jié)合此次故障處理的經(jīng)驗(yàn)，提出幾點(diǎn)建議。

a.對光電接口裝置上明確標(biāo)示的接地端子，如機(jī)殼接地柱和裝置端子排接地端子等，在接口屏處經(jīng)專用接地線直接與屏柜接地銅排可靠連接（如圖4所示）。

圖4 光電接口裝置接地示意

b.將光電接口裝置48V 電源正極，在接口屏處采用4.0mm2的專用黃綠接地線進(jìn)行接地。

c.拆除光電接口裝置接入監(jiān)控的“報(bào)警”信號(hào)，電纜兩端屏蔽層也同時(shí)拆除。

4 結(jié)束語

光纖差動(dòng)保護(hù)作為220kV 電壓等級(jí)及以上線路的主保護(hù)，其復(fù)用通道的接口裝置起著重要的傳輸作用，在設(shè)備投產(chǎn)初期，應(yīng)做好復(fù)用通道接口裝置外殼和電源的接地檢查，以及兩套接口裝置與通信48V 電源的對應(yīng)關(guān)系，并應(yīng)按照規(guī)程仔細(xì)檢查新建變電站通信機(jī)房、保護(hù)二次等電位地網(wǎng)，以降低各類干擾對二次元器件的損傷，確保繼電保護(hù)裝置的快速切除率，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］景敏慧.變電站電氣二次回路及抗干擾［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］徐向軍，田桂珍.500kV 線路光纖縱聯(lián)保護(hù)運(yùn)行維護(hù)［J］.電力科學(xué)與工程，2009，25（2）：52－54.

［3］徐向軍，田桂珍.500kV 線路光纖縱聯(lián)保護(hù)應(yīng)用的相關(guān)問題分析［J］.電力系統(tǒng)通信，2009，30（5）：59－61.

［4］朱玉蘭.光纖通道在線路縱聯(lián)保護(hù)中的應(yīng)用及管理［J］.山西電力技術(shù)，2008（1）：50－52.

［5］李 翀.基于DSP的光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2005.

［6］安志琴，李紅光.光纖保護(hù)通道的分析及應(yīng)用［J］.科技資訊，2009（30）：15－16.

［7］張坤友.淺談供電系統(tǒng)繼電保護(hù)安全運(yùn)行及抗干擾措施［J］.大科技，2011（10）：271－272.