一起隔离开关操作造成保护通道中断的分析及处理

杨 丰，齐肖彬

（国网河北省电力公司检修分公司，石家庄 050070）

500kV 变电站线路保护配置为双光纤纵联差动保护，以实现全线路的速动保护［1］，其光纤差动保护原理简单、抗干扰能力强、动作可靠，但对于光纤通道质量依赖程度较高，尤其是复用2 M通道［2－3］，其数据传输环节较多，极易造成通道误码增大、通道中断，导致两侧保护装置数据无法正常进行交换，线路发生故障时，保护拒动［4－5］。以下就一起500kV 变电站因隔离开关操作造成保护通道中断的故障进行原因分析并给出相应解决问题的措施及相关建议。

1 故障情况及原因查找

某500kV 变电站在进行操作5043－2隔离开关合闸时，5043－2 隔离开关U 相严重放电，500 kV 2号母差保护装置动作，500kV 1号线路保护RCS－931（距离元件）、P544（差动元件）、RCS－902（距离元件）保护装置动作，500kV 2号母线（差动元件）保护装置动作，跳开故障点两侧开关及2号母线上所有开关，故障相U 相。

事后调查，500kV 1号线路保护RCS－931主保护差动元件未动作（装置启动后差动元件退出753ms）。该变电站1号母线、2号母线一次接线图见图1所示，其中1TA、2TA 为500kV 线路保护ⅠⅡ装置用绕组，3TA、4TA 为500kV 母线保护ⅠⅡ装置用绕组。

图1 500kV 变电站一次接线

现场调取监控信息及线路、母线保护装置的动作元件、时序（图2为保护动作时序），并结合故障录波器的故障波形，进行现场故障推演，在进行5043－2隔离开关合闸过程中，5043开关内部发生接地，产生很大的故障电流，故障点存在于L2线路保护和号2母线保护TA 之间，故线路保护和母线保护同时快速动作，开关切断故障电流，隔离故障点。从而判断5043开关内部放电为此次事故的原因。

图2 保护动作时序

2 原因分析

2.1 保护信息分析

RCS－931保护装置差动元件退出未动作，原因为RCS－931保护光电转换装置MUX－2M 的电源受到高频干扰，影响MUX－2M 的数据传输，导致保护装置退出。在事后的开关恢复送电的过程中，进行5043－2 隔离开关分合试验得到验证，监测光电接口MUX－2M 装置，在5043－2 隔离开关分合过程中，均出现L2 线路RCS－931保护退出现象，经查光电接口装置的电源在5043－2隔离开关分合过程中，会引起长时间的多次电弧燃烧，在回路中形成一系列的高频电流、电压衰减振荡波。振荡波的电压幅值等于电弧点燃瞬间端口之间的电位差。电气设备间的连线相当于天线，将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，通过静电耦合或电磁耦合而作用于弱电回路，产生干扰电压，同时通过连接母线的CVT 直接耦合到二次设备。造成光电接口装置收发异常，保护通道中断，差动元件退出运行的发生。

2.2 干扰源分析

对该事件进行分析，造成光电接口装置通信收发异常的原因为5043－2 隔离开关合闸过程中产生的高频干扰，对于母线隔离开关向开关侧充电可以等效为隔离开关合闸于不带电的纯电容负荷，如图3所示。

图3 隔离开关空充等值电路

当5043－2隔离开关动静触点逐渐接近时，动静触头间电场强度随之增大，当隔离开关断口间的电位差足以使其空气绝缘击穿时，就发生第一次电弧闪络。一般情况下由于隔离隔离开关操作速度较慢，第一次拉弧多数发生在电源侧工频电压最大值附近，一旦闪络拉弧开始，电流将通过隔离开关触点向短线（电容）迅速充电。

在电容充满电压的同时，如图3所示，电源侧电压US于母线侧电压UL间电压为零，这时隔离开关触点间电源侧的电容充电的回路自然中断。通过零电位点后，由于电源侧US 随着工频电压变化幅值和相位，导致隔离开关断口US与UL之间的电压又开始增大，且隔离开关断口US与UL之间电位差相反，当增大到大于触点间的击穿电压时，隔离开关触点间隙第二次被击穿，母线电位再经过振荡，改变为此时电源电压的瞬时值电位，电弧熄灭。这样的电弧重燃和熄灭过程反复出现，直到隔离开关动静触头接触为止。

隔离开关合闸过程中断口间隙距离逐渐缩小，则电弧重燃时断口两端的电位差也逐渐缩小，故在工频一个周期内电弧重燃次数逐渐增加，母线或短线电压成为越来越密的阶梯状波形。这些波沿母线传播，并经母线终端或各种电容器设备注入地网（例如电容式电压互感器），行波在每一个断点处都产生反射，从而产生各种高频振荡，其频率范围一般为50～5MHz。这些高频振荡与二次回路耦合会感应出强烈的干扰。

隔离开关在合闸过程中产生的高频电流在地网系统中四散分布，在地网的不同点引起高频电位差，在二次控缆的屏蔽层及设备箱体中感应出电流，从而对屏蔽层的电缆线芯和被屏蔽的设备造成干扰［6］。

2.3 二次元器件分析

变电站按照反措要求，已装设二次等电位地网，但由于光电接口装置与线路保护装置未处于同一平面上的二次等电位地网（光电接口装置与通信地网相连），并且检查发现光电转换装置MUX－2M 的电源正极未接地，导致隔离开关分合过程中产生的电弧干扰，通过大地串入装置，造成光电接口装置电源异常，进而中断保护差动信息的传递。对于这类干扰因素，只有通过屏蔽和接地方法来解决［7］。

经以上分析，得出此次保护通道中断的原因是隔离开关在合闸过程中产生了高频电流干扰，而通信电源48V 正极未在光电接口装置侧接地，从而使光电装置受到高频的干扰，并最终导致保护通道中断的故障发生。通过隔离开关分合试验也验证了上述结论的正确性。

3 处理措施及效果

现场试验将光电接口装置MUX－2M 的电源正极就地接地处理，在进行隔离开关分合时，保护通道异常现象消失，在该故障后，二次专业已组织对所有光电接口装置电源正极在安装处进行接地。结合此次故障处理的经验，提出几点建议。

a.对光电接口装置上明确标示的接地端子，如机壳接地柱和装置端子排接地端子等，在接口屏处经专用接地线直接与屏柜接地铜排可靠连接（如图4所示）。

图4 光电接口装置接地示意

b.将光电接口装置48V 电源正极，在接口屏处采用4.0mm2的专用黄绿接地线进行接地。

c.拆除光电接口装置接入监控的“报警”信号，电缆两端屏蔽层也同时拆除。

4 结束语

光纤差动保护作为220kV 电压等级及以上线路的主保护，其复用通道的接口装置起着重要的传输作用，在设备投产初期，应做好复用通道接口装置外壳和电源的接地检查，以及两套接口装置与通信48V 电源的对应关系，并应按照规程仔细检查新建变电站通信机房、保护二次等电位地网，以降低各类干扰对二次元器件的损伤，确保继电保护装置的快速切除率，保障电网的安全稳定运行。

［1］景敏慧.变电站电气二次回路及抗干扰［M］.北京：中国电力出版社，2010.

［2］徐向军，田桂珍.500kV 线路光纤纵联保护运行维护［J］.电力科学与工程，2009，25（2）：52－54.

［3］徐向军，田桂珍.500kV 线路光纤纵联保护应用的相关问题分析［J］.电力系统通信，2009，30（5）：59－61.

［4］朱玉兰.光纤通道在线路纵联保护中的应用及管理［J］.山西电力技术，2008（1）：50－52.

［5］李 翀.基于DSP的光纤纵联差动保护的研究［D］.保定：华北电力大学，2005.

［6］安志琴，李红光.光纤保护通道的分析及应用［J］.科技资讯，2009（30）：15－16.

［7］张坤友.浅谈供电系统继电保护安全运行及抗干扰措施［J］.大科技，2011（10）：271－272.