某220千伏智能变电站二次设备插件异常分析

徐建友

(国网淮北供电公司， 安徽　淮北　235000)



某220千伏智能变电站二次设备插件异常分析

徐建友

(国网淮北供电公司， 安徽淮北235000)

文章对某二次设备插件发生的异常现象及背景做了说明，介绍了受损的智能终端、合并单元插件WB8610-AH、WB8600-BH、WB8330-BH的测试分析。对插件异常进行了详细分析说明，彻底查清本次大面积智能终端、合并单元插件板异常的真正原因。为以后此类问题的分析提供了借鉴。

智能终端；合并单元；过电压；击穿

0　引言

智能变电站继电保护二次设备中的智能终端、合并单元装置工作环境在室外高压设备区，相应的装置插件异常原因比较多，与继电保护装置的运行环境和插件本身的质量，以及插件的设计等有关。但此次大面积的二次设备装置插件异常的几率还是比较少的。此次插件异常影响面较大，给电网运行带来风险。此类问题的彻底查清为下一步处理或避免类似的情况发生提供了技术支持，同时为智能变电站的安全运行积累经验。为了搞清楚此次大面积的插件异常的真正原因，继电保护专业人员和设备生产厂家技术人员一起进行研究分析，通过对受损的插件板进行测试分析，找到了此次插件异常的原因所在。

1　插件异常现象及背景

2015年8月5日，在某220kV智能变电站现场工作的人员反馈，当日中午天气异常，雷雨伴随闪电，其中有一次闪电明显且闪电落在110kV设备区，随后发现110kV I母线智能终端、合并单元，110kV母联智能终端电源灯和运行灯都不亮。现场发现110kV I母PT合并单元WB- 8610-AH、I母PT智能终端WB8600-BH、II母PT智能终端WB8300- 00、母联智能终端WB8600-BH、779线路间隔智能终端WB8600-BH和WB8330-BH+TY2001、779线路间隔合并单元WB8600-BH多块装置插件损坏，部分插件板上可以观察到明显的器件损伤，疑似由雷击所致，但真正原因必须将换下的插件进行测试分析。

2　插件异常分析

2.1WB8600-BH电源板异常分析

现场受损的4块WB8600-BH电源插件均为同一生产批次，插件编号分别为210212210d1d01m0、210212210d1d0850、210212210d1d03a0、210212210d1d03j0。

首先对受损四块电源插件板功能进行测试，发现了两种异常现象，一是3.3V电源对地短路分别为210212210d1d0850和210212210d1d01m0两块电源板；二是Q1三极管击穿短路，分别为210212210d1d03a0和210212210d1d03j0两块电源板。

(1) 3.3V对地短路问题分析

两块电源板上电源模块5V和正负12V输出都正常，板上3.3V输出只有280mV，导致CPLD芯片不工作，所以装置电源灯不亮。

将5V转3.3V电源芯片取下，单独给插件供3.3V电源，发现CPLD芯片发烫，可以确定短路点在CPLD芯片内部。使用万用表二极管量程，测量CPLD芯片每一个引脚对GND和VCC的二极管特性，看是否存在引脚内部保护二极管过电击穿的情况。

插件编号为210212210d1d0850电源板测试情况如下：

异常引脚引脚信号对GND电压对GND正常电压对VCC电压对VCC正常电压4CH300.47300.772

插件编号为210212210d1d01m0电源板测试情况如下：

异常引脚引脚信号对GND电压对GND正常电压对VCC电压对VCC正常电压4CH30.3700.4730.3700.77211LED190.0060.4800.006∞13LED60.0170.4800.017∞14LED140.0110.4800.011∞15LED70.0110.4800.011∞16LED80.0090.4800.009∞22LED40.0270.4800.027∞24LED90.0220.4800.022∞40RST0.2060.4800.2060.77241CH40.3280.4800.3280.77242LED310.0040.4800.004∞43LED300.0120.4800.012∞44LED290.0210.4800.021∞45LED270.0130.4800.013∞48LED280.0430.4800.043∞49LED250.0250.4800.025∞50CTL∞0.480∞∞51LED260.0130.4800.013∞

对VCC正常能量到0.772V左右电压的引脚，外接了4.7千欧的上拉电阻。由以上测试结果可以看出，两块电源模块上的CPLD芯片引脚内部对GND和VCC的防护二极管都存在过电击穿的现象。装置受雷击的时候，干扰经过总线板直接加在芯片引脚上，导致芯片异常。

(2)三极管Q1异常分析

两块异常的电源板上单板调试台进行测试，LVDS测试、电压测试、开入测试均通过，开出测试报RUN测试错误，如图1所示。两块板上控制RUN信号的三极管Q1都可以看到外壳炸裂的情况，三极管基极和集电极被击穿，如图2所示。

图1　　图2　两块电源板上的Q1三极管外壳有炸裂的情况

Q1三极管异常，装置会报装置异常信号。从三极管异常形貌上可以看出，器件瞬间受到了较大的冲击电压。

2.2WB8610-BH电源板异常分析

异常电源板插件编号为210212229d3701u0。插件上电后无电压输出，检查发现电源端的水泥电阻阻值变为无穷大，呈开路状态，导致220V电源没有接入到电源模块。更换水泥电阻后上电，电源模块仍然无电压输出，更换电源模块后，电压输出正常，单板调试功能正常，问题定位为水泥电阻和电源模块异常。

图3　WB8600原理图截图

水泥电阻在电源端，主要是防止上电时的瞬间冲击对电源模块造成损伤。测量电源模块上的器件，发现ZD2二极管被击穿。水泥电阻和电源模块的异常都是瞬间受到较大的冲击电压或电流造成。

2.3WB8300- 00板异常分析

异常WB8300- 00插件编号为210212212d3402j0。板上没有器件有明显的烧毁痕迹。上单板调试台，报LVDS测试错误，板上3.3V电源正常，应为CPLD芯片故障。测量CPLD芯片每一个引脚对GND和VCC的二极管特性，看是否存在引脚内部保护二极管过电击穿的情况，测试结果如下：

异常引脚引脚信号对GND电压对GND正常电压对VCC电压对VCC正常电压49CH00.0180.4730.0100.77259RST0.0120.4760.097∞102CJ30.2640.4750.3130.727106CJ10.2530.4780.3230.731

对VCC正常能量到0.772V左右电压的引脚，外接了4.7千欧的上拉电阻。从以上测试可以看出，CPLD多个引脚对GND和VCC的防护二极管有漏电现象，芯片内部有损伤。装置受雷击的时候，干扰经过总线板直接加在芯片引脚上，导致芯片异常。

2.4WB8330-BH板异常分析

受损异常的WB8330-BH插件板编号为210212227d3m05t0，板上可以明显观察到器件烧毁的痕迹，如图5画圈标识位置。连接信号地和数字地的L1电感烧毁，OP17光耦外壳炸裂，CPLD芯片外壳也有炸裂情况。

图5　异常WB8330-BH板上器件有明显烧毁痕迹

经测试，OP17至OP24光耦都有异常，板上3.3V电源和5V电源对地都有短路现象，3.3V对地短路是由于CPLD芯片内部烧毁，引脚对GND和VCC的防护二极管过电击穿，5V电源对地短路是因为AMS1117芯片输入引脚(5V)和输出引脚(3.3V)短路导致。

从电感、光耦和CPLD芯片的异常形貌上来看，都是受到了瞬间的大电压或电流冲击导致。

3　分析结论

从以上对受损异常的插件逐个进行的分析测试可知，以上受损异常的插件都是受到瞬间的过压或过流导致板上元器件异常，可确定为现场雷击所致。虽然异常插件的CPLD连接到哈丁端子的信号都有防护电阻，但由于雷击能量大，在雷击环境下可能出现异常。为避免此次类似情况的再次发生，对现场的二次设备及回路抗干扰能力进行测试，检查室外设备区的智能终端、合并单元的汇控箱以及开关端子箱的接地性能、以及二次回路的有关电缆屏蔽接地情况进行了排查。现场检查均满足二次设备的箱体必须可靠接地及控制电缆应采用屏蔽电缆且屏蔽层必须在开关厂和控制室同时接地等要求[1]。据此也提出了对该变电站110kV设备区防雷测试的建议。

[1] 国家电力调度通讯中心.电力系统继电保护规程汇编[M].北京：中国电力出版社，2000.

[责任编辑：朱子]

Plug-In Exception of Secondary Device in a 220kV Intelligent Substation

XUJian-you

(StateGridHuaibeiPowerSupplyCompany,Huaibei235000,China)

This paper describes the abnormal occurrence and background of plug-in of a certain secondary device. It also shows the analysis on testing the damaged intelligent terminal and merging unit plug-in WB8610-AH, WB8600-BH and WB8330-BH. Analyzing on plug-in exception in detail, it verifies thoroughly the true reason of large-scale intelligent terminal and merging unit plug-in exception. It provides the

for the analysis of similar problems in the future.

intelligent terminal; merging unit; overvoltage; breakdown

2016- 03- 03

徐建友(1965-)，男，安徽潜山县人，高级工程师，国网安徽省电力公司优秀技能专家。从事继电保护及其二次系统维护工作。

TM645.2

A

1672-9706(2016)03- 0014- 04