黃陽(yáng)崗，李煜亮，張 貝，廖金國(guó)

（長(zhǎng)沙供電公司，湖南長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

近年來(lái)，隨著繼電保護(hù)裝置運(yùn)行年限的延長(zhǎng)，設(shè)備老化加速，裝置插件尤其是電源插件損壞現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。電源插件故障會(huì)直接造成保護(hù)裝置無(wú)法正常工作，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，深入研究繼電保護(hù)裝置電源插件故障發(fā)生原因，并結(jié)合實(shí)際提出合理的預(yù)防或解決措施，對(duì)提高繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行水平、確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行等十分重要。

1 繼電保護(hù)裝置電源插件損壞情況分析

對(duì)某供電公司繼電保護(hù)專業(yè)的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，2014－2016年期間的繼電保護(hù)裝置電源插件損壞情況如表1所示。從表1可見(jiàn)，該供電公司電源插件缺陷占總?cè)毕莸谋壤碗娫床寮紦p壞總插件的比例呈逐年上升趨勢(shì)，且電源插件占損壞總插件比例40%左右，可見(jiàn)電源插件故障已成為阻礙電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，因此很有必要對(duì)電源插件工作原理及損壞原因進(jìn)行分析。

對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，近3年繼電保護(hù)裝置電源插件損壞共67塊，其中在高壓室內(nèi)運(yùn)行損壞的共35塊，占損壞電源插件的52.23%；在主控室內(nèi)運(yùn)行損壞的共32塊，占損壞電源插件的47.75%，由此可見(jiàn)，針對(duì)運(yùn)行年限較長(zhǎng)且損壞的電源插件來(lái)說(shuō)，其使用壽命與運(yùn)行環(huán)境相關(guān)。

表1 某供電公司電源插件損壞缺陷情況

2 繼電保護(hù)裝置電源插件工作原理及損壞原因

繼電保護(hù)裝置的硬件構(gòu)成如圖1所示。電源插件是繼電保護(hù)裝置正常工作的硬件基礎(chǔ)，其將AC/DC 220 V電壓轉(zhuǎn)換為24 V，±15 V，5 V等電壓，為其他插件提供工作電壓。其中24 V為繼電器工作電壓，也為裝置提供24 V開入電壓；±15 V是裝置模擬電路部分（A/D采樣回路）的工作電壓；5 V為裝置CPU，RAM和通信模塊等芯片提供工作電壓。上述任何一路電壓若存在問(wèn)題，繼電保護(hù)裝置將不能正常工作。結(jié)合實(shí)踐來(lái)說(shuō)，造成繼電保護(hù)裝置電源插件損壞的原因包括電子元件損壞、直流逆變開關(guān)電源。

圖1 繼電保護(hù)裝置硬件構(gòu)成

2.1 電子元件損壞分析

從圖1可以看出，電源插件主要由控制單元、變壓器、半導(dǎo)體開關(guān)等電子元件構(gòu)成，故這些電子元件是否具備良好的工作性能直接關(guān)系到電源插件本身工作的質(zhì)量。從相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果與分析情況來(lái)看，電容器、三極管和二極管是導(dǎo)致電源插件損壞的主要電子元件。

（1）電容損壞。電源插件電路中所含有的電容主要是鋁電解電容器，其主要作用在于對(duì)輸入、輸出回路上的信息進(jìn)行濾波與調(diào)諧處理。若鋁電解電容發(fā)生損壞，則會(huì)導(dǎo)致電源插件無(wú)法起振，不能輸出電壓；若輸出電壓濾波處理效果不好，則會(huì)降低電壓的穩(wěn)定性，進(jìn)而造成電路邏輯混亂。而造成電容損壞的因素包括工作電源質(zhì)量、運(yùn)行環(huán)境及溫度和選材質(zhì)量。

（2）三極管損壞。三極管的作用是利用基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量，故在實(shí)際使用中，回路上過(guò)流是導(dǎo)致三極管損壞的主要原因。

2.2 直流逆變開關(guān)電源

直流220kV或110kV電壓經(jīng)抗干擾濾波后輸入，插件則輸出 4組直流電壓，即+5 V，+15 V，－15 V，24 V，這 4 組電壓均采用浮地方式，即同外殼不相連。繼電保護(hù)裝置的特殊性要求3種輸出電壓需滿足一定的時(shí)序關(guān)系，電源開關(guān)上電時(shí)，5 V建立時(shí)序應(yīng)先于24 V約30～60 ms，關(guān)機(jī)調(diào)電時(shí)5 V消失時(shí)間應(yīng)滯后于24 V約30～60 ms。電源的3種輸電電壓時(shí)序關(guān)系紊亂是導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的一個(gè)主要原因，之前諸多事故均是由于電源工作不穩(wěn)定而導(dǎo)致CPU工作混亂引起。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，電源插件常會(huì)出現(xiàn)以下故障現(xiàn)象：部分電壓無(wú)輸出或輸出不穩(wěn)定；掉電后再開機(jī)，電源不啟動(dòng)；電源內(nèi)部燒壞等。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)，造成電源插件損壞的原因包括電解電容老化、損壞；過(guò)壓保護(hù)用芯片及電源控制用芯片損壞；PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）板損壞。

3 電源插件損壞故障應(yīng)采取的措施

繼電保護(hù)裝置所處的工作環(huán)境較為惡劣，特別是在過(guò)流、強(qiáng)電磁干擾、高溫等不利因素的影響下，繼電保護(hù)電源插件發(fā)生故障的幾率較大，究其根本原因在于產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，故為了確保繼電保護(hù)裝置安全運(yùn)行的水平，應(yīng)選擇高質(zhì)量的產(chǎn)品。綜合所述造成繼電保護(hù)裝置電源插件損壞故障的原因，認(rèn)為可從以下方面入手。

3.1 防止變電站二次系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)過(guò)電壓

防止在變電站二次系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)過(guò)電壓是提高電源插件安全運(yùn)行的重要措施，雷電波侵入或操作過(guò)電壓是導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置內(nèi)出現(xiàn)過(guò)電壓的主要原因。針對(duì)雷電侵入這一原因，可通過(guò)在變電站內(nèi)安裝交、直流防雷裝置的措施予以解決；針對(duì)操作過(guò)電壓這一原因，可通過(guò)調(diào)整保護(hù)裝置電源開關(guān)的方法予以解決，具體內(nèi)容為：在關(guān)閉繼電保護(hù)裝置時(shí)，先斷開裝置上的電源開關(guān)，再斷開保護(hù)屏上的電源空氣小開關(guān)；在打開繼電保護(hù)裝置時(shí)，先合上保護(hù)屏上的電源空氣小開關(guān)，再合上裝置上的電源開關(guān)。

3.2 定期更換繼電保護(hù)裝置的電源

繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行時(shí)限也是影響電源插件質(zhì)量的主要因素，一般情況下，裝置的運(yùn)行時(shí)限越長(zhǎng)，電源插件的使用壽命及運(yùn)行穩(wěn)定性就較小，《國(guó)網(wǎng)公司十八項(xiàng)反技術(shù)措施（2012年版）》第15.5.2條規(guī)定：“配置足夠的保護(hù)備品、備件，縮短繼電保護(hù)缺陷處理時(shí)間，微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)電源模件宜在運(yùn)行6年后予以更換”。為了保證繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的質(zhì)量，需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電源插件進(jìn)行更換，以改善運(yùn)行年限對(duì)裝置造成的影響。

3.3 加強(qiáng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)與整治

通常情況下，運(yùn)行環(huán)境溫度越低，電源插件的使用壽命就越長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定性就越強(qiáng)?！段C(jī)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行管理規(guī)程DLT 587—2007》第3.7條要求對(duì)于安裝在開關(guān)柜中10kV～66kV微機(jī)繼電保護(hù)裝置，要求環(huán)境溫度在－5～45℃，最大相對(duì)濕度不應(yīng)超過(guò)95%。微機(jī)繼電保護(hù)裝置室內(nèi)月最大相對(duì)濕度不應(yīng)超過(guò)75%，應(yīng)防止灰塵和不良?xì)怏w侵入。微機(jī)繼電保護(hù)裝置室內(nèi)環(huán)境溫度應(yīng)在5～30℃，若超過(guò)此范圍應(yīng)裝設(shè)空調(diào)。因此，為了減少運(yùn)行環(huán)境因素對(duì)電源插件所造成的影響，需加強(qiáng)繼電保護(hù)運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)與整治，針對(duì)變電站內(nèi)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行環(huán)境溫度無(wú)法滿足要求的，及時(shí)督促運(yùn)維單位對(duì)站內(nèi)空調(diào)等進(jìn)行維修或更換，盡可能為電源插件的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。

3.4 選擇高質(zhì)量的設(shè)備生產(chǎn)廠家

保護(hù)裝置制造廠家應(yīng)對(duì)電源插件予以重視，選擇高質(zhì)量的電源插件生產(chǎn)廠家供貨，把好質(zhì)量關(guān)，完善出廠前對(duì)電源的各種測(cè)試。針對(duì)電解電容、控制芯片等一些易損壞的元器件，一定要落實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)工作；特別是啟動(dòng)電容，應(yīng)按照規(guī)定采用開關(guān)電源專用的低阻抗、長(zhǎng)壽命、耐高溫電容。

4 案例分析

4.1 基本情況

2017年某供電公司二次專業(yè)人員在某變電站專業(yè)化巡視中發(fā)現(xiàn)低周減載裝置UFV－202A運(yùn)行燈不亮、裝置面板數(shù)據(jù)顯示異常。經(jīng)過(guò)檢查分析處理后發(fā)現(xiàn)，該裝置電源插件損壞，其5 V輸出電壓存在異常，進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)電源插件并聯(lián)在5 V輸出端的2個(gè)電容鼓炸裂（圖2）。

4.2 處理經(jīng)過(guò)

檢查人員在檢查發(fā)現(xiàn)異常后，咨詢廠家初步判斷是CPU插件造成的問(wèn)題，故決定更換CPU插件來(lái)解決，但更換后發(fā)現(xiàn)裝置故障并未消除。待工作人員將電源插件拆下后，經(jīng)檢測(cè)電源插件后發(fā)現(xiàn)，5 V輸電電壓存在異常，輸出的電壓值略小。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，電源插件并聯(lián)在5 V輸出端的2個(gè)電容鼓炸裂，這一現(xiàn)象可能是由電解電容損壞造成的，從而造成裝置內(nèi)部插件芯片及數(shù)字處理器供電故障，最終導(dǎo)致裝置數(shù)據(jù)顯示不正常，更換損壞的電容后裝置恢復(fù)正常。

圖2 損壞電源插件電解電容鼓裂

4.3 改進(jìn)措施

（1）加強(qiáng)同型號(hào)、同批次設(shè)備的巡視及排查，對(duì)缺陷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，加強(qiáng)監(jiān)管。

（2）加強(qiáng)備品、備件管理，保證裝置備品插件充足，減少裝置退運(yùn)時(shí)間，提高供電可靠性。

（3）檢修人員應(yīng)提高裝置故障分析能力。當(dāng)裝置運(yùn)行燈不亮、裝置顯示不正常時(shí)，要對(duì)裝置的各個(gè)插件進(jìn)行分析，找出裝置異常的真正原因。在插件問(wèn)題不大、不更換插件的前提下，盡可能修理插件，找出插件存在的問(wèn)題，以節(jié)約成本。

5 結(jié)語(yǔ)

電源插件是繼電保護(hù)裝置不可或缺的重要組成部分，其運(yùn)行狀況直接影響著繼電保護(hù)裝置能否正常工作。繼電保護(hù)裝置電源插件的頻繁損壞是當(dāng)前繼電保護(hù)的一個(gè)突出問(wèn)題，對(duì)繼電保護(hù)裝置電源插件損壞情況、工作機(jī)理、損壞原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合案例對(duì)繼電保護(hù)裝置電源插件提供了可行的改進(jìn)措施。一方面需注重電源插件的運(yùn)行維護(hù)，改善運(yùn)行環(huán)境，按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求及時(shí)進(jìn)行更換，另一方面需嚴(yán)把電源插件質(zhì)量關(guān)，制造部門應(yīng)對(duì)電源予以足夠重視，采用高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，在相關(guān)參數(shù)上留有足夠的裕度，注重產(chǎn)品的長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性。