GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)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(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528001）

1 研究背景

隨著數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)的加速推進(jìn)，變電一次設(shè)備加裝了各種用于運(yùn)行狀態(tài)量監(jiān)測(cè)的設(shè)備，以獲取一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而獲得設(shè)備的健康狀態(tài)，為設(shè)備運(yùn)維提供決策支持。GIS 設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是通過(guò)監(jiān)測(cè)GIS 設(shè)備局部放電量來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)GIS 設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。GIS 設(shè)備局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障將導(dǎo)致GIS 設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)失真，進(jìn)而影響GIS 設(shè)備的運(yùn)維決策。

某站GIS 局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投產(chǎn)2 年來(lái)，每1 ～2個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)為0 的狀況。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，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(jìn)而導(dǎo)致該采集裝置無(wú)法正常工作。在更換電源模塊和加裝穩(wěn)壓電源后，發(fā)現(xiàn)僅正常運(yùn)行半個(gè)月左右，又會(huì)出現(xiàn)相同的狀況。在運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該站的采集裝置故障并非個(gè)例，同樣的故障在現(xiàn)場(chǎng)5 臺(tái)采集裝置上均有發(fā)生。而其他站同批次設(shè)備卻運(yùn)行正常。針對(duì)該站的采集裝置故障，運(yùn)維人員開(kāi)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屏，就地綜合柜和采集裝置組成，詳見(jiàn)如圖2 所示的GIS 局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屏主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的就地分析、展示以及將數(shù)據(jù)上送電科院，就地綜合柜的功能是匯集采集裝置的數(shù)據(jù)并上送至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屏和通過(guò)電源分配來(lái)管理采集裝置的電源，采集裝置主要負(fù)責(zé)采集傳感器獲得的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)電源取自二次交流電源配電屏。

圖2 GIS 局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

采集裝置的壓敏電阻燒損不是短時(shí)間立即燒損，而是可以運(yùn)行15 天左右。因而原因可能為壓敏電阻兩端電壓過(guò)高多次超過(guò)其動(dòng)作值導(dǎo)致其頻繁動(dòng)作，次數(shù)多后導(dǎo)致其燒損失效。

該壓敏電阻的型號(hào)為14D471K，可承受電壓423～470V，啟動(dòng)電壓300V，通流容量4500A，靜態(tài)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(dòng)電源為300V，是什么原因?qū)е码娫茨K電壓升高呢？

由于燒損的壓敏電阻為L(zhǎng)（火線）與G（地線）之間的壓敏電阻，考慮是接地不良的原因?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(jù)上述數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)N 與G 之間的電壓偏高，可能是該站接地網(wǎng)阻值偏高或N 與G 回路接觸不良。

同時(shí)，鑒于L 與G 之間易產(chǎn)生共模干擾，導(dǎo)致電路板L 與G 之間電壓升高并超過(guò)300V，使得壓敏電阻頻繁動(dòng)作，最終導(dǎo)致壓敏電阻燒損失效。現(xiàn)場(chǎng)整個(gè)系統(tǒng)使用的電纜雖然是3 芯電纜，但實(shí)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(jīng)其他設(shè)備外殼接地，但由于電源端懸空，外部干擾易通過(guò)導(dǎo)線電容耦合進(jìn)入電路，各點(diǎn)采集裝置接地電壓不一樣，形成地電位差引入共模干擾，導(dǎo)致電壓升高。當(dāng)電壓超過(guò)300V 時(shí)，壓敏電阻動(dòng)作，反復(fù)動(dòng)作后，導(dǎo)致其燒損失效。

該站建在半山腰上，開(kāi)山而建。底層為花崗巖質(zhì)地，上面覆蓋回填土，整個(gè)變電站接地電阻較高且不均勻，易導(dǎo)致各點(diǎn)采集裝置接地電壓出現(xiàn)差異。

經(jīng)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(jù)上述第三節(jié)的分析，明確了壓敏電阻燒損失效的原因是共模干擾導(dǎo)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(shí)遠(yuǎn)離高壓線；三是采用線性穩(wěn)壓電源或高品質(zhì)的開(kāi)關(guān)電源；四是強(qiáng)電場(chǎng)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(dòng)電壓的方式，通過(guò)選擇更高啟動(dòng)電壓的壓敏電阻，使壓敏電阻不動(dòng)作或少動(dòng)作。

該站開(kāi)山而建，底層為花崗巖質(zhì)地，上面覆蓋回填土，整個(gè)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(xiàng)和施工，耗時(shí)長(zhǎng)。為了快速消除該故障，綜合考慮施工難易度和經(jīng)濟(jì)性后，選擇采取有效接地和線性穩(wěn)壓電源相結(jié)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(guò)導(dǎo)線電容耦合進(jìn)入電路的外部干擾。二是在綜合就地柜處加裝一臺(tái)UPS 裝置，提高電源端的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）變電站運(yùn)維中應(yīng)重視接地網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估，適時(shí)關(guān)注接地網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理，防止因接地網(wǎng)狀態(tài)不良導(dǎo)致二次設(shè)備運(yùn)行故障的發(fā)生。

（2）處理措施經(jīng)過(guò)運(yùn)行檢驗(yàn)，在線監(jiān)測(cè)裝置未發(fā)生任何故障，數(shù)據(jù)正常，提高了監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)維的穩(wěn)定性。

（3）提高電源端穩(wěn)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(jié)合的處理措施能有效消除共模干擾，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)時(shí)性。

（4）此次電源模塊共模干擾的處理措施對(duì)GIS 設(shè)備局放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)具有一定的借鑒意義。