一起隔離開關(guān)操作造成保護通道中斷的分析及處理

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 變電站線路保護配置為雙光纖縱聯(lián)差動保護，以實現(xiàn)全線路的速動保護［1］，其光纖差動保護原理簡單、抗干擾能力強、動作可靠，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)保護裝置數(shù)據(jù)無法正常進行交換，線路發(fā)生故障時，保護拒動［4－5］。以下就一起500kV 變電站因隔離開關(guān)操作造成保護通道中斷的故障進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 變電站在進行操作5043－2隔離開關(guān)合閘時，5043－2 隔離開關(guān)U 相嚴重放電，500 kV 2號母差保護裝置動作，500kV 1號線路保護RCS－931（距離元件）、P544（差動元件）、RCS－902（距離元件）保護裝置動作，500kV 2號母線（差動元件）保護裝置動作，跳開故障點兩側(cè)開關(guān)及2號母線上所有開關(guān)，故障相U 相。

事后調(diào)查，500kV 1號線路保護RCS－931主保護差動元件未動作（裝置啟動后差動元件退出753ms）。該變電站1號母線、2號母線一次接線圖見圖1所示，其中1TA、2TA 為500kV 線路保護ⅠⅡ裝置用繞組，3TA、4TA 為500kV 母線保護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、母線保護裝置的動作元件、時序（圖2為保護動作時序），并結(jié)合故障錄波器的故障波形，進行現(xiàn)場故障推演，在進行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，故障點存在于L2線路保護和號2母線保護TA 之間，故線路保護和母線保護同時快速動作，開關(guān)切斷故障電流，隔離故障點。從而判斷5043開關(guān)內(nèi)部放電為此次事故的原因。

圖2 保護動作時序

2 原因分析

2.1 保護信息分析

RCS－931保護裝置差動元件退出未動作，原因為RCS－931保護光電轉(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)致保護裝置退出。在事后的開關(guān)恢復(fù)送電的過程中，進行5043－2 隔離開關(guān)分合試驗得到驗證，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，會引起長時間的多次電弧燃燒，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燃瞬間端口之間的電位差。電氣設(shè)備間的連線相當于天線，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，保護通道中斷，差動元件退出運行的發(fā)生。

2.2 干擾源分析

對該事件進行分析，造成光電接口裝置通信收發(fā)異常的原因為5043－2 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荷，如圖3所示。

圖3 隔離開關(guān)空充等值電路

當5043－2隔離開關(guān)動靜觸點逐漸接近時，動靜觸頭間電場強度隨之增大，當隔離開關(guān)斷口間的電位差足以使其空氣絕緣擊穿時，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)觸點向短線（電容）迅速充電。

在電容充滿電壓的同時，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，這時隔離開關(guān)觸點間電源側(cè)的電容充電的回路自然中斷。通過零電位點后，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，當增大到大于觸點間的擊穿電壓時，隔離開關(guān)觸點間隙第二次被擊穿，母線電位再經(jīng)過振蕩，改變?yōu)榇藭r電源電壓的瞬時值電位，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，則電弧重燃時斷口兩端的電位差也逐漸縮小，故在工頻一個周期內(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），行波在每一個斷點處都產(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感應(yīng)出強烈的干擾。

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，進而中斷保護差動信息的傳遞。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)致保護通道中斷的故障發(fā)生。通過隔離開關(guān)分合試驗也驗證了上述結(jié)論的正確性。

3 處理措施及效果

現(xiàn)場試驗將光電接口裝置MUX－2M 的電源正極就地接地處理，在進行隔離開關(guān)分合時，保護通道異常現(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行接地。結(jié)合此次故障處理的經(jīng)驗，提出幾點建議。

a.對光電接口裝置上明確標示的接地端子，如機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行接地。

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

4 結(jié)束語

光纖差動保護作為220kV 電壓等級及以上線路的主保護，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)程仔細檢查新建變電站通信機房、保護二次等電位地網(wǎng)，以降低各類干擾對二次元器件的損傷，確保繼電保護裝置的快速切除率，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

［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)保護運行維護［J］.電力科學與工程，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)差動保護的研究［D］.保定：華北電力大學，2005.

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

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