一起線路光纖通道瞬時(shí)故障的分析及處理

徐　軍　楊　波　袁仁彪　劉長(zhǎng)發(fā)　余　超

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司貴陽(yáng)局，貴陽(yáng)　550003）

某站500kV QB乙線線路主二保護(hù)通道二，在QB乙線或站內(nèi)其他線路發(fā)生接地故障時(shí)，該保護(hù)裝置會(huì)瞬時(shí)發(fā)出“通道異?！毙盘?hào)，本文對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并給出了具體的解決方法。

1　故障現(xiàn)象

某站500kV QB乙線配置主一、主二兩套光纖差動(dòng)保護(hù)，每套保護(hù)均設(shè)置有兩個(gè)光纖通道。

保護(hù)運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn) QB乙線的主二保護(hù)通道二常發(fā)“通道異?！毙盘?hào)，且每次報(bào)通道異常時(shí)，都伴隨著系統(tǒng)發(fā)生接地故障。表1記錄了部分QB乙線主二保護(hù)報(bào)“通道二異?！钡那闆r。

從表1可看出，QB乙線主二保護(hù)通道二每次發(fā)生通道異常，總是伴隨有站內(nèi)線路發(fā)生接地故障，這些故障既有 QB乙線本身發(fā)生的接地短路，也有站內(nèi)其他線路發(fā)生接地故障。此問(wèn)題如不解決，當(dāng)QB乙線自身發(fā)生接地故障，且其主二保護(hù)的通道一又處于退出狀態(tài)時(shí)，主二保護(hù)極有可能發(fā)生拒動(dòng)。

2　故障分析

2.1　通道構(gòu)成形式

QB乙線主二保護(hù)通道二采用復(fù)用光纖通道，通道構(gòu)成形式如圖1所示，安裝在保護(hù)小室的保護(hù)裝置通過(guò)光纖和通信機(jī)房?jī)?nèi)的接口裝置連接，接口裝置通過(guò)同軸電纜和光設(shè)備進(jìn)行通信[1]。

表1　QB乙線主二保護(hù)報(bào)通道異常記錄表

圖1　QB乙線主二保護(hù)報(bào)通道示意圖

2.2　通道異常原因分析

根據(jù) QB乙線主二保護(hù)通道二的構(gòu)成形式，分析可能導(dǎo)致通道異常的地方有以下一些：①保護(hù)室至通信機(jī)房的光纜；②接口裝置；③接口裝置至光設(shè)備的同軸電纜；④光設(shè)備。

由于通道正常運(yùn)行時(shí)無(wú)異常，只在外部系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)才會(huì)出現(xiàn)異常[2]，所以從大的方向上，認(rèn)為是在外部接地時(shí)，通道設(shè)備受到了干擾才導(dǎo)致通道異常。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，首先可排除的是保護(hù)室至通信機(jī)房的光纜，因?yàn)楣饫|是不會(huì)受干擾的；光設(shè)備也可以排除，因?yàn)楣庠O(shè)備如出現(xiàn)故障，不太可能只影響一個(gè)通道；剩下最可能的懷疑對(duì)象就是接口裝置及其到光設(shè)備的同軸電纜，但接口裝置平時(shí)運(yùn)行正常，檢查其接地也正常，且安裝在機(jī)房?jī)?nèi)，受電磁干擾的可能性也比較小，而且系統(tǒng)接地故障時(shí)，故障點(diǎn)離變電站都很遠(yuǎn)，不可能因電磁干擾引起設(shè)備異常。綜合前面的分析，將分析的焦點(diǎn)集中到了接口裝置至光設(shè)備的同軸電纜上。

根據(jù)每次線路接地故障時(shí)，通道均會(huì)發(fā)瞬時(shí)故障的現(xiàn)象分析，通道異?？赡芘c接地電流有關(guān)，線路接地故障和通信設(shè)備有聯(lián)系的地方，只有接地網(wǎng)，因?yàn)橥S電纜的屏蔽層兩端是接地的。

接口裝置到光設(shè)備之間同軸電纜屏蔽層的接地方式如圖2所示。從圖中可以看出，同軸電纜的屏蔽層分別接在接口裝置和光設(shè)備的外殼，然后通過(guò)接地線接到屏內(nèi)的接地銅排，再經(jīng)接地銅排接到機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)形接地母線上接地。

圖2　同軸電纜屏蔽層的接地方式

如圖3所示，當(dāng)線路接地時(shí)，變電站地網(wǎng)中將流過(guò)接地電流，當(dāng)此電流通過(guò)通信機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)形等電位接地網(wǎng)時(shí)，會(huì)在環(huán)形等電位接地網(wǎng)上產(chǎn)生壓降ΔU，而通信機(jī)房?jī)?nèi)的光設(shè)備屏和接口裝置屏之間的同軸電纜的屏蔽層是通過(guò)各自的屏柜接到環(huán)形接地母線上的，因此該ΔU實(shí)際上是加到了同軸電纜的屏蔽層上。同軸電纜的屏蔽層，是有為信號(hào)提供電氣通路的功能的，疊加ΔU后，將可能導(dǎo)致通信信號(hào)發(fā)生畸變，使通道發(fā)生異常。

圖3　接地電流導(dǎo)致通道異常的原理分析圖

為查明原因，筆者進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。如圖4所示，用直流電流輸出裝置在通信機(jī)房的環(huán)形等電位接地網(wǎng)中通入試驗(yàn)電流，測(cè)量接口裝置屏的接地引下線與光設(shè)備屏的接地引下線之間的電壓 U，當(dāng)電壓U達(dá)到1.7V左右時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)生通道異常。這說(shuō)明當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)中流過(guò)電流時(shí)，確實(shí)會(huì)引起保護(hù)裝置通道異常[3]。

圖4　地電位差導(dǎo)致通道異常的試驗(yàn)圖

3　解決方法

如圖5所示，為了避免將圖3所示的ΔU疊加到同軸電纜上，將通信接口屏的接地引下線引到光設(shè)備處，和光設(shè)備屏的接地引下線在同一點(diǎn)接地，這樣接線后，即可防止二次接地網(wǎng)上的電壓引入同軸電纜的屏蔽層上，引起通道異常。

作如上處理后，系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，該保護(hù)再未出現(xiàn)通道異常的情況。

圖5　QB乙線主二保護(hù)通道二異常的解決方法示意圖

4　關(guān)于通信機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備屏接地的建議

從前面的分析，如果通信機(jī)房?jī)?nèi)的接地網(wǎng)是一點(diǎn)接地，將不會(huì)在機(jī)房?jī)?nèi)的接地母線上形成壓降，因此就不會(huì)對(duì)同軸電纜的通信產(chǎn)生影響，但實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)房接地母線是多點(diǎn)接地的。

根據(jù)DL/T 5225—2016《220kV～1000kV變電站通信設(shè)計(jì)規(guī)程》6.11.3“機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)環(huán)形接地母線，并應(yīng)就近兩點(diǎn)以上（含兩點(diǎn)）接至全站總接地網(wǎng)”[4]。因此，從設(shè)計(jì)上，機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)形接地母線就是多點(diǎn)接地的。另外，機(jī)房?jī)?nèi)使用的控制電纜，其屏蔽層按要求是需要兩點(diǎn)接地的，這也會(huì)導(dǎo)致將機(jī)房?jī)?nèi)的接地母線引到其他地方接地。綜上兩點(diǎn)原因，讓機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)形接地母線一點(diǎn)接地實(shí)際上是做不到的。

為確保通信機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備之間通信正常，可考慮在機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)形接地網(wǎng)上設(shè)置專門(mén)的接地端子，讓各通信設(shè)備屏的接地引下線通過(guò)此接地端子集中連接后一點(diǎn)接到環(huán)形接地網(wǎng)上，如此便可避免地網(wǎng)中地電位差對(duì)通信產(chǎn)生影響。

5　結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)一起罕見(jiàn)的繼電保護(hù)裝置通道瞬時(shí)性故障進(jìn)行分析，找出了通信機(jī)房?jī)?nèi)的地電位差導(dǎo)致接口裝置與光設(shè)備間同軸電纜通信異常這一故障原因。

通信機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)形接地母線，無(wú)法做到一點(diǎn)接地，當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地母線流過(guò)電流而產(chǎn)生的地電位差，可能導(dǎo)致保護(hù)通信接口裝置通信異常。針對(duì)該問(wèn)題，建議通信機(jī)房?jī)?nèi)的通信屏，其接地引下線宜集中到一點(diǎn)連接后再接到接地母線上，經(jīng)過(guò)上述處理后，將可以防止地電位差對(duì)同軸電纜通信產(chǎn)生影響，防止保護(hù)裝置拒動(dòng)。