10kV线路保护瞬时故障后重合闸不动作分析

黎晓雯

摘 要：自动重合闸是指当断路器跳闸之后，能够自动地将断路器重新合闸的装置。重合闸作为电力系统继电保护装置的重要组成部分，在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。本文主要针对一起变电站10kV线路瞬时故障后不能重合闸的情形进行保护装置性能分析，研究其中不能重合闸的具体原因，提出防范该缺陷的措施，提高日常维护的针对性与广泛性。

关键词：重合闸；装置电源；出口驱动

0 引言

随着现代电力工业的发展，电力系统装机容量和供电地域不断扩大，电力系统的结构和运行方式越来越复杂而多变，同时对电能质量、供电可靠性和运行经济性的要求也越来越高，使得智能继电保护的作用变得愈来愈重要。智能重合闸作为保证电力系统安全稳定持续供电、提高电力系统经济性的重要保护措施之一，它的研究与采用必将会给电力系统带来更为显著的技术经济效益。

重合闸作为电力系统继电保护装置的重要组成部分，在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。使用重合闸的目的是为了在瞬时性故障消除后使线路尽快重新投入运行，此外还可纠正由于继电保护误动作或其他原因所引起的误跳闸，从而在最短的时间内恢复整个系统的正常运行状态，以保证系统的安全供电。影响重合闸动作的因素有许多，其中保护装置CPU损坏是其中一个因素。

1 装置运行情况

2015年08月24日16时52分，集控终端报“黄江站709开关分闸；黄江站10kV 709线路保护动作信号；黄江站709开关[10kV709线路保护动作信号]；黄江站10kV709装置故障总信号动作/复归循环告警”，如图1 PCS9000系统报文所示。

运维人员到现场检查发现：黄江站10kV F9南宝线709开关在分闸状态，后台机报文如图2所示。709开关保护装置“过流三段动作”动作，10kV F9线路TWJ异常动作/复归循环告警。高压室内709开关保护装置液晶面板“白屏”无法查看任何报文，装置面板上“告警灯”、“过流保护动作灯”均亮起，但装置无重合。

对装置深入检查发现：10kV F9南宝线709开关保护装置告警灯与过流动作出口灯亮起的时候，测试装置出口压板，无出口电压。装置的“告警灯”与“过流动作出口灯”经多次复归后可复归，但在装置重启后“告警灯”、“过流保护动作灯”立刻再次亮起，但无出口电压。

图2 PCS9000系统后台信息

在确认保护装置试验条件的情况下开展了现场带电检查、分析工作，具体情况如下：

（1）馈线跳闸后不能重合闸，但测试装置的相关二次回路正常；

（2）現场检查发现装置液晶屏已死机无法查看相关信息，装置面板“过流”跳闸灯亮着；

（3）重新启动保护装置，液晶屏也不能查看，面板上的“过流跳闸灯”亮起，测试保护装置出口压板，装置无出口电压；

（4）装置面板上的“过流跳闸灯”在按一次的复位键无法复归，再多次复位后，“过流跳闸灯”才熄灭；

（5）更换装置的液晶面板、电源插件、操作插件均无效，直至更换CPU插件后装置才恢复正常。初步怀疑保护装置的CPU插件存在问题。

（6）在更换保护装置的CPU插件后，装置恢复正常，更新装置的相应参数与定值，试验保护装置的动作逻辑，结果逻辑试验正确，后台保护装置报文也一一对应，装置恢复正常。

2 设备故障分析

待确认装置退出运行的情况后，对装置的所有板卡进行检查。经检测发现位于CPU板采样回路的C51贴片电容击穿（解下后该电容两端已导通），导致保护电流采样发生异常。如图3所示。

图3 C51贴片电容所处CPU板位置及击穿电容

C51贴片电容位于第一组OP497（N2）精密、皮安级输入电流、四通道运算放大器的驱动电源回路。驱动电源原理如图4所示。

图4 C51贴片电容驱动电源原理图

第一组OP497芯片驱动电源由CPU板的电源插件引入DC12V电源，经驱动电源回路处理后输入OP497芯片的V+及V-引脚，对该芯片供电。C51贴片电容击穿导致第一组OP497电流输入放大器驱动电源故障，会使馈线装置保护电流采样异常。异常电流会以一种不定态的方式存在，电流时大时小，无规律的变化，可能会瞬时增大或减小，也有可能消失。

重合闸分保护启动重合闸及位置不对应启动重合闸两种。现场当时开关是由保护动作跳开的，按照正常的重合闸逻辑，保护动作跳开开关后，ABC三相无流（0.06In），保护动作跳开开关及开关跳开后装置保护电流采样无流为与门关系，两者同时满足条件时装置重合闸动作。但由于OP497放大芯片工作状态异常，导致装置保护电流采样在重合闸启动复归时间内没有达到无流条件，所以装置重合闸未能动作。保护装置重合闸的逻辑框图如图5所示。

图5 保护装置重合闸的逻辑框图

由于第一组OP497芯片驱动电源是引自电源插件的DC12V组，C51贴片电容击穿导致电源板DC12V负端接地，DC12V组异常。而保护装置的液晶面板供电也由该电源插件的供电，液晶面板工作电源异常，因此液晶面板无显示。过流动作指示灯为自保持状态，需手动复归。

在继电保护装置产品设计开发过程中，需要对重要元器件进行工况监视，以保证装置的安全可靠性。但是建立这种监视的基础在于元器件本身需要有可监视性，即其可以实时反馈输出自身工况信息，供CPU板监视。如继电保护中最常见的出口故障，保护装置原理是出口动作时会拉低出口元件驱动芯片的监视信号。CPU实时监视该信号，如果装置没有出口动作，但是监视到该芯片的反馈信号被拉低，就判断为出口故障。这时装置发出口故障报警信号，并闭锁装置，防止误出口。

OP497芯片是一款美国Analog Devices公司生产具有精密性能的四通道运算放大器，采用节省空间的工业标准16引脚SOIC封装。出色的精度、低功耗与极低输入偏置电流特性相结合，使这款放大器能广泛用于各种应用中。其2、3、5、6、11、12、14、15为该放大器的四个通道的输入端（-IN、+IN），1、7、10、16为四个通道的输出端（OUT），4、13为的工作电源输入端（V+、V-），8、9为NC端（NO CONNECT），NO CONNECT表示该引脚与芯片内部无任何连接，芯片中NC引脚没有任何用途，只是限于封装形式，该引脚必须存在。通过资料表明，其标准16引脚没有任何引脚提供运行工况反馈的。而且其工作的前端电源也只是简单的电容电阻回路。所以C51电容击穿后，导致放大器元件工作异常，但装置是没办法收集反馈信息的。所以本次异常动作中，装置采样回路电源故障，但装置没有发出报警信号，没能闭锁出口元器件，导致装置误动的情况。

3结束语

针对该变电站馈线装置重合闸不正确动作的情况，现场更换保护装置损坏的CPU板卡，重新编译CPU程序，试验保护装置的逻辑，成功将馈线投入运行，恢复正常供电。

本文对于C51电容损坏导致保护装置不能成功重合闸的原因进行了分析，由于现场情况千变万化，个别元器件的损坏属于不可抗力。在以后的工作中，需要在装置定检时，对装置保护及测量量进行检测：在确保试验仪器精度的前提下，对装置加量，保证装置采样正确，误差在规范允许的范围之内；对装置进行出口传动试验时，保护带出口跳开开关，并实现重合闸，确保装置动作值及动作时间正确；查看后台信号确保保护装置动作与后台信号一致。进而保证装置从采样到功能实现再到信息上传均无问题。如果试验过程中发现有设备运行异常，应及时处理。

线路重合闸功能作为电力系统继电保护装置保护功能的重要组成部分，在保证系统安全、稳定和经济运行等方而起着非常重要的作用。因此，对重合闸不能正确动作进行深入的分析与研究，探寻保护装置的保护原理、分析其中的缺陷原因，调整运维工作的维护策略，具有十分重要的实用意义。经过本次的缺陷分析，可见早期的保护装置设计结构存在一些弊端：（1）保护装置CPU插件与电源插件安装在同一板卡，电源板的发热严重，可能会影响装置CPU正常运行，造成装置故障。（2）保护装置在CPU插件损坏的情况下，不会闭锁保护装置出口，同时后台机报文不全，在装置插件死机的情况下没有告警信号。针对这两项弊端，日后运维验收应该加强新装置在这两方面的验收试验，进而使得保护装置的功能可以进一步完善，适应电网发展的趋势。