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10kV線路保護(hù)瞬時(shí)故障后重合閘不動(dòng)作分析

2016-03-25 06:09黎曉雯
科學(xué)與財(cái)富 2016年7期

黎曉雯

摘 要:自動(dòng)重合閘是指當(dāng)斷路器跳閘之后,能夠自動(dòng)地將斷路器重新合閘的裝置。重合閘作為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的重要組成部分,在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。本文主要針對(duì)一起變電站10kV線路瞬時(shí)故障后不能重合閘的情形進(jìn)行保護(hù)裝置性能分析,研究其中不能重合閘的具體原因,提出防范該缺陷的措施,提高日常維護(hù)的針對(duì)性與廣泛性。

關(guān)鍵詞:重合閘;裝置電源;出口驅(qū)動(dòng)

0 引言

隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展,電力系統(tǒng)裝機(jī)容量和供電地域不斷擴(kuò)大,電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜而多變,同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的要求也越來越高,使得智能繼電保護(hù)的作用變得愈來愈重要。智能重合閘作為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定持續(xù)供電、提高電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要保護(hù)措施之一,它的研究與采用必將會(huì)給電力系統(tǒng)帶來更為顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

重合閘作為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的重要組成部分,在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面起著非常重要的作用。使用重合閘的目的是為了在瞬時(shí)性故障消除后使線路盡快重新投入運(yùn)行,此外還可糾正由于繼電保護(hù)誤動(dòng)作或其他原因所引起的誤跳閘,從而在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài),以保證系統(tǒng)的安全供電。影響重合閘動(dòng)作的因素有許多,其中保護(hù)裝置CPU損壞是其中一個(gè)因素。

1 裝置運(yùn)行情況

2015年08月24日16時(shí)52分,集控終端報(bào)“黃江站709開關(guān)分閘;黃江站10kV 709線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào);黃江站709開關(guān)[10kV709線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào)];黃江站10kV709裝置故障總信號(hào)動(dòng)作/復(fù)歸循環(huán)告警”,如圖1 PCS9000系統(tǒng)報(bào)文所示。

運(yùn)維人員到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn):黃江站10kV F9南寶線709開關(guān)在分閘狀態(tài),后臺(tái)機(jī)報(bào)文如圖2所示。709開關(guān)保護(hù)裝置“過流三段動(dòng)作”動(dòng)作,10kV F9線路TWJ異常動(dòng)作/復(fù)歸循環(huán)告警。高壓室內(nèi)709開關(guān)保護(hù)裝置液晶面板“白屏”無法查看任何報(bào)文,裝置面板上“告警燈”、“過流保護(hù)動(dòng)作燈”均亮起,但裝置無重合。

對(duì)裝置深入檢查發(fā)現(xiàn):10kV F9南寶線709開關(guān)保護(hù)裝置告警燈與過流動(dòng)作出口燈亮起的時(shí)候,測試裝置出口壓板,無出口電壓。裝置的“告警燈”與“過流動(dòng)作出口燈”經(jīng)多次復(fù)歸后可復(fù)歸,但在裝置重啟后“告警燈”、“過流保護(hù)動(dòng)作燈”立刻再次亮起,但無出口電壓。

圖2 PCS9000系統(tǒng)后臺(tái)信息

在確認(rèn)保護(hù)裝置試驗(yàn)條件的情況下開展了現(xiàn)場帶電檢查、分析工作,具體情況如下:

(1)饋線跳閘后不能重合閘,但測試裝置的相關(guān)二次回路正常;

(2)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)裝置液晶屏已死機(jī)無法查看相關(guān)信息,裝置面板“過流”跳閘燈亮著;

(3)重新啟動(dòng)保護(hù)裝置,液晶屏也不能查看,面板上的“過流跳閘燈”亮起,測試保護(hù)裝置出口壓板,裝置無出口電壓;

(4)裝置面板上的“過流跳閘燈”在按一次的復(fù)位鍵無法復(fù)歸,再多次復(fù)位后,“過流跳閘燈”才熄滅;

(5)更換裝置的液晶面板、電源插件、操作插件均無效,直至更換CPU插件后裝置才恢復(fù)正常。初步懷疑保護(hù)裝置的CPU插件存在問題。

(6)在更換保護(hù)裝置的CPU插件后,裝置恢復(fù)正常,更新裝置的相應(yīng)參數(shù)與定值,試驗(yàn)保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯,結(jié)果邏輯試驗(yàn)正確,后臺(tái)保護(hù)裝置報(bào)文也一一對(duì)應(yīng),裝置恢復(fù)正常。

2 設(shè)備故障分析

待確認(rèn)裝置退出運(yùn)行的情況后,對(duì)裝置的所有板卡進(jìn)行檢查。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)位于CPU板采樣回路的C51貼片電容擊穿(解下后該電容兩端已導(dǎo)通),導(dǎo)致保護(hù)電流采樣發(fā)生異常。如圖3所示。

圖3 C51貼片電容所處CPU板位置及擊穿電容

C51貼片電容位于第一組OP497(N2)精密、皮安級(jí)輸入電流、四通道運(yùn)算放大器的驅(qū)動(dòng)電源回路。驅(qū)動(dòng)電源原理如圖4所示。

圖4 C51貼片電容驅(qū)動(dòng)電源原理圖

第一組OP497芯片驅(qū)動(dòng)電源由CPU板的電源插件引入DC12V電源,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電源回路處理后輸入OP497芯片的V+及V-引腳,對(duì)該芯片供電。C51貼片電容擊穿導(dǎo)致第一組OP497電流輸入放大器驅(qū)動(dòng)電源故障,會(huì)使饋線裝置保護(hù)電流采樣異常。異常電流會(huì)以一種不定態(tài)的方式存在,電流時(shí)大時(shí)小,無規(guī)律的變化,可能會(huì)瞬時(shí)增大或減小,也有可能消失。

重合閘分保護(hù)啟動(dòng)重合閘及位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘兩種。現(xiàn)場當(dāng)時(shí)開關(guān)是由保護(hù)動(dòng)作跳開的,按照正常的重合閘邏輯,保護(hù)動(dòng)作跳開開關(guān)后,ABC三相無流(0.06In),保護(hù)動(dòng)作跳開開關(guān)及開關(guān)跳開后裝置保護(hù)電流采樣無流為與門關(guān)系,兩者同時(shí)滿足條件時(shí)裝置重合閘動(dòng)作。但由于OP497放大芯片工作狀態(tài)異常,導(dǎo)致裝置保護(hù)電流采樣在重合閘啟動(dòng)復(fù)歸時(shí)間內(nèi)沒有達(dá)到無流條件,所以裝置重合閘未能動(dòng)作。保護(hù)裝置重合閘的邏輯框圖如圖5所示。

圖5 保護(hù)裝置重合閘的邏輯框圖

由于第一組OP497芯片驅(qū)動(dòng)電源是引自電源插件的DC12V組,C51貼片電容擊穿導(dǎo)致電源板DC12V負(fù)端接地,DC12V組異常。而保護(hù)裝置的液晶面板供電也由該電源插件的供電,液晶面板工作電源異常,因此液晶面板無顯示。過流動(dòng)作指示燈為自保持狀態(tài),需手動(dòng)復(fù)歸。

在繼電保護(hù)裝置產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中,需要對(duì)重要元器件進(jìn)行工況監(jiān)視,以保證裝置的安全可靠性。但是建立這種監(jiān)視的基礎(chǔ)在于元器件本身需要有可監(jiān)視性,即其可以實(shí)時(shí)反饋輸出自身工況信息,供CPU板監(jiān)視。如繼電保護(hù)中最常見的出口故障,保護(hù)裝置原理是出口動(dòng)作時(shí)會(huì)拉低出口元件驅(qū)動(dòng)芯片的監(jiān)視信號(hào)。CPU實(shí)時(shí)監(jiān)視該信號(hào),如果裝置沒有出口動(dòng)作,但是監(jiān)視到該芯片的反饋信號(hào)被拉低,就判斷為出口故障。這時(shí)裝置發(fā)出口故障報(bào)警信號(hào),并閉鎖裝置,防止誤出口。

OP497芯片是一款美國Analog Devices公司生產(chǎn)具有精密性能的四通道運(yùn)算放大器,采用節(jié)省空間的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16引腳SOIC封裝。出色的精度、低功耗與極低輸入偏置電流特性相結(jié)合,使這款放大器能廣泛用于各種應(yīng)用中。其2、3、5、6、11、12、14、15為該放大器的四個(gè)通道的輸入端(-IN、+IN),1、7、10、16為四個(gè)通道的輸出端(OUT),4、13為的工作電源輸入端(V+、V-),8、9為NC端(NO CONNECT),NO CONNECT表示該引腳與芯片內(nèi)部無任何連接,芯片中NC引腳沒有任何用途,只是限于封裝形式,該引腳必須存在。通過資料表明,其標(biāo)準(zhǔn)16引腳沒有任何引腳提供運(yùn)行工況反饋的。而且其工作的前端電源也只是簡單的電容電阻回路。所以C51電容擊穿后,導(dǎo)致放大器元件工作異常,但裝置是沒辦法收集反饋信息的。所以本次異常動(dòng)作中,裝置采樣回路電源故障,但裝置沒有發(fā)出報(bào)警信號(hào),沒能閉鎖出口元器件,導(dǎo)致裝置誤動(dòng)的情況。

3結(jié)束語

針對(duì)該變電站饋線裝置重合閘不正確動(dòng)作的情況,現(xiàn)場更換保護(hù)裝置損壞的CPU板卡,重新編譯CPU程序,試驗(yàn)保護(hù)裝置的邏輯,成功將饋線投入運(yùn)行,恢復(fù)正常供電。

本文對(duì)于C51電容損壞導(dǎo)致保護(hù)裝置不能成功重合閘的原因進(jìn)行了分析,由于現(xiàn)場情況千變?nèi)f化,個(gè)別元器件的損壞屬于不可抗力。在以后的工作中,需要在裝置定檢時(shí),對(duì)裝置保護(hù)及測量量進(jìn)行檢測:在確保試驗(yàn)儀器精度的前提下,對(duì)裝置加量,保證裝置采樣正確,誤差在規(guī)范允許的范圍之內(nèi);對(duì)裝置進(jìn)行出口傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí),保護(hù)帶出口跳開開關(guān),并實(shí)現(xiàn)重合閘,確保裝置動(dòng)作值及動(dòng)作時(shí)間正確;查看后臺(tái)信號(hào)確保保護(hù)裝置動(dòng)作與后臺(tái)信號(hào)一致。進(jìn)而保證裝置從采樣到功能實(shí)現(xiàn)再到信息上傳均無問題。如果試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行異常,應(yīng)及時(shí)處理。

線路重合閘功能作為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置保護(hù)功能的重要組成部分,在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方而起著非常重要的作用。因此,對(duì)重合閘不能正確動(dòng)作進(jìn)行深入的分析與研究,探尋保護(hù)裝置的保護(hù)原理、分析其中的缺陷原因,調(diào)整運(yùn)維工作的維護(hù)策略,具有十分重要的實(shí)用意義。經(jīng)過本次的缺陷分析,可見早期的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在一些弊端:(1)保護(hù)裝置CPU插件與電源插件安裝在同一板卡,電源板的發(fā)熱嚴(yán)重,可能會(huì)影響裝置CPU正常運(yùn)行,造成裝置故障。(2)保護(hù)裝置在CPU插件損壞的情況下,不會(huì)閉鎖保護(hù)裝置出口,同時(shí)后臺(tái)機(jī)報(bào)文不全,在裝置插件死機(jī)的情況下沒有告警信號(hào)。針對(duì)這兩項(xiàng)弊端,日后運(yùn)維驗(yàn)收應(yīng)該加強(qiáng)新裝置在這兩方面的驗(yàn)收試驗(yàn),進(jìn)而使得保護(hù)裝置的功能可以進(jìn)一步完善,適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。

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