二極管反向擊穿引發(fā)的主變保護(hù)誤動分析

丁超前， 汪曉彤

(國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽　合肥　230022)

1　事故前運行方式

110kV某變電站事故前現(xiàn)場運行方式為：變電站為110kV擴(kuò)大內(nèi)橋接線方式，110kV 102開關(guān)檢修，由103開關(guān)經(jīng)分段二200開關(guān)帶110kV #2主變運行，110kV備自投1、2裝置停用。#1主變帶10kV Ⅰ母運行，#2主變帶10kV ⅡA、10kV ⅡB母運行，#3主變帶10kV Ⅲ母運行。該變電站主接線圖如圖1所示：

2　故障簡介及事故后處理概況

2017年7月22日1點49分20秒，10kV人防高分20線路發(fā)生AB相間短路故障，20開關(guān)保護(hù)過流Ⅰ段動作跳閘。同時，該變電站110kV分段二200開關(guān)跳閘，低壓側(cè)10kV一分支02A后備保護(hù)顯示啟動，且110kV #2主變所有保護(hù)無任何跳閘信息。200開關(guān)跳開后，10kV備自投1、2正確動作，跳開02A、02B開關(guān)，合上00、10開關(guān)。

該變電站110kV #2主變低壓側(cè)10kV一分支02A后備保護(hù)軟件版本為 V2.25_4422，該版本程序的保護(hù)無突變量啟動，只有過流啟動，所有投入的保護(hù)中最小的定值作為過流啟動的門檻。#2主變低壓側(cè)10kV一分支02A后備保護(hù)共投入兩段過流保護(hù)，其中過流Ⅰ段電流定值為11A，過流Ⅱ段電流定值為8A，因此過流Ⅱ段定值8A為10kV一分支02A后備保護(hù)的啟動門檻[1]。10kV人防高分20線路發(fā)生AB相間短路故障時，110kV #2主變低壓側(cè)10kV一分支02A開關(guān)二次側(cè)感受到的故障電流值為9.5A，大于過流啟動門檻8A，因此#2主變低壓側(cè)10kV一分支02A后備保護(hù)啟動條件滿足。

7月23日上午，現(xiàn)場102、100、200、02A、02B、20開關(guān)轉(zhuǎn)冷備用。保護(hù)人員對110kV備自投1、2，10kV 20開關(guān)保護(hù)均進(jìn)行了檢查，110kV備自投1、2，10kV人防高分20開關(guān)保護(hù)裝置、200開關(guān)柜等有關(guān)設(shè)備均檢查正常，二次回路絕緣良好，且未發(fā)現(xiàn)二次回路存在寄生回路現(xiàn)象。保護(hù)人員對110kV #2主變低壓側(cè)一分支后備保護(hù)進(jìn)行試驗時發(fā)現(xiàn)，保護(hù)裝置02A開關(guān)二次電流值一經(jīng)啟動且達(dá)到復(fù)壓過流Ⅱ段定值8A，立刻出口跳200開關(guān)。此時故障時間未達(dá)到復(fù)壓過流Ⅱ段時間定值1.5S(模擬故障時間僅0.2S)，且該后備保護(hù)無任何動作跳閘信息。

3　原因分析

國電南自廠家技術(shù)人員把10kV一分支02A后備保護(hù)CPU插件帶回廠家進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)該CPU插件中的VF3 二極管(如圖2中的紅色箭頭所指)已經(jīng)反向擊穿損壞了。

圖2　損壞的CPU板正視圖

圖3為CPU板開出回路原理圖，從圖中看到，當(dāng)某出口位(TPU1 對應(yīng)第一位出口位即啟動位，此位開出驅(qū)動啟動繼電器，啟動繼電器動作后會開放出口繼電器的-24V 電源；TPU2 對應(yīng)第二位出口位；TPU3 對應(yīng)第三位出口位)開出后，對應(yīng)光耦導(dǎo)通，+24V 通過 VOx(x=1、 2、 3.....)二極管驅(qū)動對應(yīng)的出口繼電器(即接通該繼電器+24V 電源)，同時通過 VFx 二極管反饋到 CPU 用于回路自檢(且所有開出回路經(jīng)過 VFx 后連接在一起反饋到 CPU，即圖中所有DIF均是連接在一起的)?，F(xiàn)場裝置的K3對應(yīng)Trip出口板背板端子的9～10、11～12接點作為高壓側(cè)分段200開關(guān)出口跳閘用，所以低一分支02A后備保護(hù)在本次故障發(fā)生時，感受到的二次故障電流(9.5A)大于啟動門檻(8A)，使得啟動繼電器節(jié)點閉合，然后恰恰因為VF3二極管擊穿，因此+24V電平除了通過VO1驅(qū)動啟動繼電器外，還依次通過VF1→VF3→VO3驅(qū)動跳高壓側(cè)分段200出口繼電器，跳開高壓側(cè)分段200開關(guān)。

圖3　CPU 板出口回路原理圖

4　解決辦法

7月23日，現(xiàn)場繼電保護(hù)人員把已經(jīng)損壞了的#2主變低壓側(cè)一分支后備保護(hù)CPU插件更換為一塊新的CPU插件后，對#2主變所有保護(hù)均進(jìn)行保護(hù)定值、邏輯及整組傳動試驗后，裝置動作一切正常。

5　總結(jié)

在本次事故發(fā)生后，某公司繼電保護(hù)相關(guān)管理部門立即組織召開了事故分析會，大家一致認(rèn)為在正常運行方式的情況下：110kV #2主變高壓側(cè)102開關(guān)運行，110kV分段一100開關(guān)或分段二200開關(guān)處于分閘位置的情況下，倘若發(fā)生出口監(jiān)視回路二極管VF3擊穿導(dǎo)致?lián)p壞的情況，#2主變低壓側(cè)一分支后備保護(hù)既無法發(fā)出任何監(jiān)視告警信息，也不會導(dǎo)致誤動跳閘行為，然而卻在#2主變低壓側(cè)后備保護(hù)裝置硬件中埋下一個隱患。鑒于這種因裝置硬件中的某一個非核心零部件損壞的極小概率問題，作為繼電保護(hù)專業(yè)人員只能寄希望于制造商生產(chǎn)的硬件設(shè)備制造工藝精良、質(zhì)量有保證。同時在基建驗收或者保護(hù)裝置例行校驗工作中進(jìn)行全面細(xì)致的校驗，模擬一次設(shè)備在各種運行方式下保護(hù)裝置的整組傳動試驗均正確無誤[2]。另外通過對保護(hù)裝置的動作報文、后臺信息、壓板校驗及一次設(shè)備動作行為的一一對應(yīng)等信息來保障保護(hù)裝置及所有二次回路的正確無誤，杜絕保護(hù)設(shè)備投運后存在任何隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1] 南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司.PSL-1204C主變保護(hù)說明書[Z].2006.

[2] 張鵬.探討電力系統(tǒng)繼電保護(hù)動作中的故障[J].通訊世界，2017(1):91-92+10.