趙書(shū)楠 呂天光

1.山東電力超高壓公司 山東 濟(jì)南 250021；2.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250002

1 故障概述

4月13日下午2時(shí)27分左右，山東500kV長(zhǎng)清變5022、21F、22F開(kāi)關(guān)跳閘，監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)顯示5042、5022、5023、500kV母線、220kV1A2A母線、長(zhǎng)文線、母聯(lián)I、石長(zhǎng)Ⅲ線、長(zhǎng)興Ⅱ線、長(zhǎng)許I、長(zhǎng)許Ⅱ線、22F、1號(hào)2號(hào)所變、35kV2母線共計(jì)14臺(tái)測(cè)控裝置信息異常，顯示為雙位置信號(hào)錯(cuò)誤。我方人員現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)檢查后臺(tái)事件記錄，發(fā)現(xiàn)伴隨5022、21F、22F開(kāi)關(guān)跳閘，后臺(tái)報(bào)“直流總屏絕緣一故障”、“直流總屏控母Ⅰ段電壓異?！?、“直流總屏控母Ⅰ段負(fù)母線絕緣降低”、“直流瞬間接地”信號(hào)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控屏檢查現(xiàn)把故障表象列出，如表1所示。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，發(fā)現(xiàn)D25測(cè)控裝置遙信模塊大面積出現(xiàn)故障，隨即調(diào)用庫(kù)存，在現(xiàn)場(chǎng)更換故障的D25裝置遙信模塊。監(jiān)控系統(tǒng)5042、5022、5023、220kV1A2A母線、長(zhǎng)文線、母聯(lián)Ⅰ、石長(zhǎng)Ⅲ線、長(zhǎng)興Ⅱ線測(cè)控裝置恢復(fù)正常運(yùn)行；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生第二次開(kāi)關(guān)跳閘事故。

22時(shí)58分左右，現(xiàn)場(chǎng)5021、5022、21F、22F四個(gè)開(kāi)關(guān)跳閘，監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)文線、分段21F、分段22F、長(zhǎng)許Ⅱ線測(cè)控裝置電源直流空開(kāi)跳開(kāi)；現(xiàn)場(chǎng)空開(kāi)合上時(shí)，發(fā)現(xiàn)有直流接地的現(xiàn)象，具體情況見(jiàn)下表2：

表1 站內(nèi)第一次故障跳閘時(shí)測(cè)控裝置故障情況表

表2 站內(nèi)第二次故障跳閘時(shí)測(cè)控裝置故障情況表

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查

在現(xiàn)場(chǎng)兩次開(kāi)關(guān)跳閘后，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)文線間隔在第一次更換了遙信模塊后，再次出現(xiàn)遙信模塊被損壞的現(xiàn)象，故重點(diǎn)對(duì)長(zhǎng)文線間隔兩次出現(xiàn)異常情況進(jìn)行檢查，通過(guò)電源測(cè)試和對(duì)裝置遙信外回路進(jìn)行絕緣檢查，發(fā)現(xiàn)該間隔的遙信模塊存在故障，更換故障的遙信模塊后，長(zhǎng)文線測(cè)控裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。之后對(duì)長(zhǎng)許I線、長(zhǎng)許Ⅱ線、分段22F、1號(hào)2號(hào)所用變、35kV母線、500kV母線間隔進(jìn)行故障恢復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)所有測(cè)控裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。

在現(xiàn)場(chǎng)的故障裝置恢復(fù)正常運(yùn)行以后再次對(duì)剩余的間隔進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)5021、5031、220kV1B2B母線測(cè)控裝置的遙信板發(fā)生故障，通過(guò)更換遙信回路保險(xiǎn)后，故障恢復(fù)。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查和初步分析：引起現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置遙信模塊大面積的被損壞，主要是由外部直流回路有強(qiáng)電串入所致；為了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障原因有更加清楚的分析，故對(duì)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)文線間隔的遙信模塊和500kV母線間隔的電源模塊進(jìn)行嚴(yán)格檢查測(cè)試，以便準(zhǔn)確的分析故障原因。

3 硬件檢測(cè)

1）硬件檢測(cè)目的

（1）為了更加清楚的分析監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)控裝置遙信模塊大面積出現(xiàn)故障的原因，找出引起測(cè)控裝置故障的原因；

（2）通過(guò)對(duì)測(cè)控裝置故障硬件的故障原因分析，查找500kV長(zhǎng)清變開(kāi)關(guān)跳閘故障原因，制定防范措施，防止類似問(wèn)題發(fā)生，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）硬件檢測(cè)對(duì)象

（1）500KV母線間隔測(cè)控裝置電源模塊；

（2）220KV長(zhǎng)文線間隔測(cè)控裝置遙信模塊。

3）檢測(cè)順序

（1）電源模塊檢測(cè)

電源模塊示意圖，如圖1所示。

圖1 D25電源板示意圖

根據(jù)上面測(cè)控裝置的電源模塊圖，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，測(cè)控裝置D25電源模塊被損壞的故障原因是：RV3/14V275壓敏電阻出現(xiàn)損壞，用萬(wàn)用表測(cè)量電阻值為1100歐姆（正常為無(wú)窮大），更換壓敏電阻后故障恢復(fù)。

（2）遙信模塊檢測(cè)

遙信模塊示意圖2所示。

根據(jù)下面測(cè)控裝置的遙信模塊圖，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，測(cè)控裝置D25遙信模塊被損壞的故障原因是：RV34/14V275壓敏電阻出現(xiàn)損壞，用萬(wàn)用表測(cè)量電阻值為51歐姆（正常為無(wú)窮大），更換壓敏電阻后故障恢復(fù)。

圖2 D25遙信板示意圖

4 故障原因定位及分析

1）遙信回路工作原理

遙信回路工作原理，如圖3所示。

圖3 D25遙信回路原理圖

根據(jù)上面的遙信回路原理圖，當(dāng)遙信外部回路空接點(diǎn)閉合時(shí)，電流是從DC+出去，經(jīng)保險(xiǎn)F1→光電耦合器U→電阻R1→遙信接點(diǎn)→返回到DC-；光電耦合器U會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)給測(cè)控裝置，產(chǎn)生SOE事件。

2）故障定位

根據(jù)壓敏電阻的工作原理，結(jié)合壓敏電阻的應(yīng)用電子電路，引起壓敏電阻燒壞的原因是電源模塊和遙信模塊信號(hào)回路的電壓值超過(guò)了壓敏電阻技術(shù)參數(shù)要求，并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

3）壓敏電阻（14V275）的工作原理及特性

壓敏電阻器是利用半導(dǎo)體材料的非線性伏安特性而制成的一種電壓敏感元件。圖4給出了壓敏電阻器的伏安特性曲線，可以看出，它是一條對(duì)稱的非線性曲線當(dāng)外加電壓較低時(shí)，流過(guò)電阻的電流很小，壓敏電阻器呈高阻狀態(tài)；當(dāng)外加電壓達(dá)到或超過(guò)壓敏電壓Uc時(shí)，壓敏電阻器的阻值急劇下降并迅速導(dǎo)通，其工作電流會(huì)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而有效地保護(hù)了電路中的其他元件不會(huì)因過(guò)壓而損壞。

圖4 壓敏電阻器的伏安特性曲線

壓敏電阻的等效電路，如圖5所示。

圖5 壓敏電阻組成的等效電路

從圖中可以看出，壓敏電阻器的限制電壓可由下式確定:Vc=VsZv/（Zs+Zv）， 式中：Vc限制電壓；Vs-浪涌電壓；Zv-壓敏電阻器的阻抗，它可以從正常值的幾兆歐降到幾歐，甚至小于1Ω；Zs-電路總阻抗。從上式可見(jiàn)，Zv在瞬間流過(guò)很大電流時(shí)，瞬間過(guò)電壓大部分降落在Zs上，而用電被保護(hù)電器得到的電壓在其耐壓之下，因而能起到保護(hù)作用。

壓敏電阻器的工作特性曲線如圖6所示，通過(guò)它可以更明確看出壓敏電阻器對(duì)過(guò)電壓的保護(hù)作用。直線段為電路總阻抗Zs所確定的負(fù)載線，曲線是壓敏電阻器伏安特性曲線，兩者的交點(diǎn)Q即為保護(hù)工作點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)的限制電壓為Vc，它是使用了壓敏電阻后加在用電器具上的工作電壓。Vs為浪涌電壓，它已超過(guò)了用電器具的耐壓值Vl。加入壓敏電阻后，工作電壓V小于Vl，有效地保護(hù)了用電器具。

圖6 壓敏電阻器的工作特性曲線

4）電壓疊加分析

根據(jù)上面圖3，正常情況下DC-對(duì)大地的電壓是直流-110VDC，DC+對(duì)大地之間的電壓是+110V，DC+和DC-之間的電壓保持在220VDC。如有交流220VAC從遙信回路串到DC-上時(shí)，會(huì)強(qiáng)行把DC-端的電平改變，這樣DC-和大地之間的電壓就變成了220VAC，如下圖7所示：

圖7 交流串入DC－時(shí)的控制系統(tǒng)電壓波形圖

因220VAC是交流電壓有效值，所以DC-端對(duì)大地之間的電壓最大為+310VDC，最小為-310VDC，是一個(gè)50Hz交變波形。由于這個(gè)電壓的幅度沒(méi)有超過(guò)壓敏電阻14V275的承受電壓，所以接在DC-和地線之間的壓敏電阻（電源板上的RV2和遙信板上的RV37）不會(huì)損壞；由于DC+和DC-之間的電壓是直流電源電壓220VDC，所以DC+和大地之間的電壓就變成兩個(gè)電壓的疊加，從波形上看就是把220VAC的波形往上抬高了220VDC，如下圖8所示：

圖8 交流串入DC＋時(shí)的控制系統(tǒng)電壓波形圖

從圖8可以看出來(lái)，DC+對(duì)大地之間的負(fù)向最大電壓為-90V，DC+對(duì)大地之間的正向最大電壓為+530V，也是一個(gè)50Hz交變的波形，由于530V的電壓已經(jīng)大大的超過(guò)了壓敏電阻14V275的承受電壓，所以接在DC+和地線之間的壓敏電阻（電源板上的RV3和遙信板上的RV34）會(huì)損壞，最后導(dǎo)致直流系統(tǒng)出現(xiàn)的正端接地。

同樣的分析道理，如果220V交流電壓是從遙信回路或電源模塊的DC+串入，那么電源板上會(huì)直接將壓敏電阻RV2燒壞，在遙信模塊會(huì)直接將壓敏電阻RV37燒壞，最后導(dǎo)致直流系統(tǒng)的負(fù)端接地。

5 檢測(cè)結(jié)論

通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)排查和工廠檢測(cè)的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象的分析總結(jié)，最終定位山東長(zhǎng)清變D25電源模塊和遙信模塊故障均由遙信外回路串入高電壓引起。

其預(yù)防措施如下：

1）加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)外回路監(jiān)管，避免外部線路出現(xiàn)破損；

2）現(xiàn)場(chǎng)定期對(duì)直流回路進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)；

3）對(duì)220kV測(cè)控裝置的遙信電源和裝置電源進(jìn)行隔離。

［1］張伯虎.電子元器件:性能檢測(cè)應(yīng)用［M］.北京：金盾出版社，2009.

［2］余榮勝.一起交流串入直流回路故障原因的分析與處理［J］.江西電力，2001，（ 02）.

［3］莫蘭蘭，李躍華.淺述交流串入直流的前因后果及應(yīng)對(duì)措施［J］.科技資訊，2010，（04）.