馮世才

（國(guó)家能源集團(tuán)吉林熱電廠，吉林 吉林 132021）

國(guó)能吉林熱電廠四臺(tái)機(jī)組機(jī)組廠用變壓器保護(hù)主要采用了繼電器、四方CSC-200 系列和南自WCB-1.1E、PST-693U、PDS-765A、PCS-9600 系列這幾類，其中PST-693U 型號(hào)的保護(hù)約占所有變壓器的30%。該裝置由交流插件、CPU 插件、出口插件和電源插件四部分組成，作為變壓器保護(hù)、控制、測(cè)量和監(jiān)視一體化裝置。近年來該類型保護(hù)運(yùn)行情況基本穩(wěn)定，但也暴露出一些問題。作為微機(jī)保護(hù)的一種，在原理上用數(shù)字量進(jìn)行保護(hù)、測(cè)量的計(jì)算，采樣精度和動(dòng)作時(shí)間都比繼電器式保護(hù)有了極大的提高。但由于該型號(hào)設(shè)計(jì)較早，插件及內(nèi)部回路并未全部應(yīng)用強(qiáng)電開入，加上現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差異性大，難免出現(xiàn)干擾誤動(dòng)的現(xiàn)象。文章將就其非電量保護(hù)一次誤動(dòng)事故作出分析，并對(duì)其在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行存在的問題作粗淺的探討。

1 事故經(jīng)過

2021 年 6 月 3 日 21 時(shí) 01 分 32 秒，11 號(hào) 廠用變保護(hù)裝置動(dòng)作，11 號(hào)廠用變高壓側(cè)5611 開關(guān)及低壓側(cè)廠用0.38 kV11 段工作電源5511 開關(guān)跳閘，廠用0.38 kV11 段母線備用電源5011 開關(guān)合閘，1 號(hào)給粉機(jī)動(dòng)力盤工備電源自動(dòng)切換成功，1 號(hào)給粉機(jī)動(dòng)力盤所帶給粉機(jī)全部跳閘。經(jīng)查，11 號(hào)廠用變保護(hù)裝置報(bào)“非電量1 動(dòng)作”。查詢DCS 歷史記錄，11 號(hào)廠用變保護(hù)裝置非電量1（跳閘）開入27 ms 后消失，1 號(hào)給粉機(jī)動(dòng)力盤工備電源切換用時(shí)0.1 s。由高壓班組對(duì)變壓器進(jìn)行絕緣測(cè)試，阻值合格。相關(guān)班組對(duì)外觀、溫升進(jìn)行檢查沒有發(fā)現(xiàn)異常。之后檢查瓦斯繼電器和瓦斯端子箱未發(fā)現(xiàn)潮濕、結(jié)露等異?，F(xiàn)象。對(duì)非電量保護(hù)的二次電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試，電纜對(duì)地及相間的絕緣合格。拆下保護(hù)裝置開入板進(jìn)行外觀檢查，也未發(fā)現(xiàn)擊穿、短路等異常情況。

根據(jù)上述一、二次設(shè)備及回路相關(guān)試驗(yàn)檢查均無(wú)異常后分析得出，11 號(hào)廠用變非電量1 開入信號(hào)27 ms 的脈沖信號(hào)應(yīng)該是受到其他干擾引起的。1 號(hào)給粉機(jī)動(dòng)力盤工備電源切換成功，但動(dòng)力盤內(nèi)全部給粉機(jī)跳閘的原因是給粉機(jī)變頻器低電壓穿越能力不好，不能滿足“電壓低于額定電壓的90%～60%，必須保證5s 給粉機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，以渡過電壓短時(shí)跌落；電壓跌落低于額定電壓的60%～20%，必須保證0.5s 的給粉機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，平穩(wěn)渡過電壓跌落”的行標(biāo)要求。

2 原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)存在的干擾源

2.1.1 電纜電磁干擾

電磁感應(yīng)是電氣設(shè)備日常運(yùn)行中最常見的現(xiàn)象，電纜電磁干擾也是設(shè)備運(yùn)行中最可能發(fā)生的一類干擾。原理上來說，若電纜電流能往返形成回路，電磁場(chǎng)就能互相抵消，不產(chǎn)生干擾。但在實(shí)際施工中，往往同一電纜沒有形成回路，只有一側(cè)有電流，此時(shí)對(duì)周圍電纜和設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生無(wú)法忽略的影響。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，11 號(hào)廠用變保護(hù)裝置所在的保護(hù)盤盤內(nèi)還有3、4 號(hào)公用變及4 號(hào)廠低備用變保護(hù)裝置運(yùn)行。這些保護(hù)裝置都在2016 年投入使用，受限于當(dāng)時(shí)施工，部分電纜無(wú)屏蔽或屏蔽接地不良。且廠內(nèi)電氣設(shè)備用的控制直流電壓是230 V，合分閘電流也在2A 左右，而11 號(hào)廠用變保護(hù)裝置PST-693U 非電量開入的電壓等級(jí)為24 V。這些電纜共同由10 m 單控室保護(hù)盤經(jīng)由5.5 m 電纜夾層轉(zhuǎn)接箱轉(zhuǎn)接后，操作電纜進(jìn)入母線室內(nèi)開關(guān)柜，非電量電纜則進(jìn)入變壓器室瓦斯端子箱。電纜所經(jīng)過的路徑尤其是電纜夾層當(dāng)中操作電纜數(shù)量很多。當(dāng)大負(fù)荷設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，強(qiáng)弱電之間會(huì)產(chǎn)生非常大的干擾現(xiàn)象，保護(hù)可能發(fā)生誤動(dòng)作。

2.1.2 變壓器負(fù)荷干擾

11 號(hào)廠用變?yōu)? kV Yyn0 接線的干式變壓器。在實(shí)際運(yùn)行中，由于低壓側(cè)接有很多轉(zhuǎn)機(jī)和照明負(fù)載，其三相負(fù)荷并不平衡。當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的三相勵(lì)磁涌流不會(huì)平衡，外部的磁場(chǎng)也不會(huì)為零，導(dǎo)致附近的瓦斯端子箱電纜也會(huì)受到一定的電磁干擾。

2.1.3 直流接地產(chǎn)生的干擾

直流系統(tǒng)中，正負(fù)極對(duì)地電容是相對(duì)平衡的。當(dāng)其中一極接地時(shí)，該相電容放電，另一相電容充電，其脈沖寬度大約為10 ms，會(huì)對(duì)本回路及相鄰設(shè)備造成影響。11 號(hào)廠用變保護(hù)裝置使用約50 m 長(zhǎng)的電纜采集非電量信號(hào)，且采用弱電開入，更易受長(zhǎng)電纜分布電容影響導(dǎo)致誤動(dòng)。如果接引非電量開入的電纜一極絕緣下降造成正負(fù)極對(duì)地不平衡時(shí)，電壓稍微偏移一些，就會(huì)使微機(jī)保護(hù)裝置采集到不準(zhǔn)確的開入量信號(hào)，也會(huì)對(duì)保護(hù)行為的正確性造成影響。

2.2 電氣元件故障

對(duì)于保護(hù)裝置內(nèi)部電氣元件故障導(dǎo)致的誤動(dòng)，如CPU 板、出口插件等損壞造成設(shè)備跳閘的情況，屬于設(shè)備本身缺陷，無(wú)法完全避免。通過加強(qiáng)運(yùn)行人員日常巡視，檢修維護(hù)人員定期檢修，保證保護(hù)裝置的電源質(zhì)量穩(wěn)定可靠，安裝環(huán)境的灰塵、振動(dòng)、溫濕度滿足設(shè)備使用條件。此外也要購(gòu)買相關(guān)設(shè)備的備品備件，對(duì)到達(dá)使用年限或固定期限的背板及時(shí)進(jìn)行更換可以減少此類事故的發(fā)生。

2.3 一般的抗干擾措施及選擇

根據(jù)抗干擾理論與《電網(wǎng)公司二十五項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中繼電保護(hù)及二次回路部分的要求，現(xiàn)場(chǎng)可采用的抗干擾措施有：（1）增加抗干擾電容；（2）選用屏蔽電纜；（3）增加延時(shí)；（4）采用動(dòng)作功率大于5 W 的中間繼電器。

對(duì)于本廠來說，增加抗干擾電容的方法不容易實(shí)現(xiàn)且不利于維護(hù)，會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜化。選用屏蔽電纜并在兩側(cè)將屏蔽層可靠接地，同時(shí)一根電纜內(nèi)部的線芯禁止交、直流，強(qiáng)、弱電混用。這樣可以大幅避免干擾及誤動(dòng)可能。但是隨著保護(hù)裝置及電纜的運(yùn)行年限過長(zhǎng)，或者運(yùn)行環(huán)境較差，仍會(huì)有可能產(chǎn)生干擾及誤動(dòng)可能。為了增大抗干擾措施的可靠性，可以在非電量保護(hù)回路中加裝大功率中間繼電器。要使中間繼電器動(dòng)作，不僅動(dòng)作電壓要滿足額定電壓的50%～70%，而且動(dòng)作時(shí)還要使觸點(diǎn)接觸可靠有力，即導(dǎo)通繼電器線圈的能量應(yīng)滿足其動(dòng)作所需的能量才行。按照現(xiàn)行反措要求，所有涉及直跳量的回路應(yīng)采用動(dòng)作功率不低于5 W 的中間繼電器。實(shí)際情況下因擾動(dòng)引起的功率突增遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到5 W 的要求。非電量保護(hù)（重瓦斯保護(hù)）作為變壓器本體的主保護(hù)，一般不設(shè)延時(shí)。目前的220 V 直流中間繼電器動(dòng)作時(shí)間大約在25 ms 左右，算上保護(hù)裝置固有時(shí)間和開關(guān)動(dòng)作時(shí)間，約在60 ms 左右，若增加非電量保護(hù)延時(shí)，將使保護(hù)動(dòng)作切斷故障的時(shí)間過長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。綜上，增加延時(shí)的方法不宜采用。檢查廠非電量回路經(jīng)過地點(diǎn)的實(shí)際情況后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不具備條件加裝中間繼電器，因此采用加裝光電隔離端子排的方法使強(qiáng)電和弱電區(qū)分隔開。

光電隔離一般由光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大這三部分組成。輸入電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出電信號(hào)。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出隔離的作用。由于光電隔離的輸入和輸出之間相互分隔開，且電信號(hào)傳輸具有單向性特點(diǎn)，因此擁有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。

3 非電量保護(hù)的抗干擾試驗(yàn)及實(shí)際措施

3.1 非電量保護(hù)的抗干擾試驗(yàn)

廠用變壓器的原理接線見圖1。瓦斯繼電器的常開接點(diǎn)（重瓦斯）經(jīng)電纜送至廠用變保護(hù)盤相對(duì)應(yīng)微機(jī)保護(hù)裝置的非電量開入1 通道（24 V 電源）。非電量開入1 通道將接點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字邏輯信號(hào)，再由該邏輯信號(hào)輸出至出口跳閘繼電器（220 V 電源），同時(shí)發(fā)送裝置告警信號(hào)及光字牌信號(hào)（48 V 電源）。

圖1 原回路

在保護(hù)盤內(nèi)安裝了一塊光電隔離端子排，220 V直流經(jīng)過瓦斯繼電器接點(diǎn)至光電隔離端子排輸入端，輸出端接在保護(hù)裝置24 V 非電量開入上，接線見圖2。非電量開入位于保護(hù)裝置CPU 插件上，實(shí)測(cè)端電壓為23.13 V，電流很小忽略不計(jì)。

圖2 增加光電隔離后回路

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）在光電隔離輸入端從0 開始加直流電壓（步長(zhǎng)0.1 V）直至144.8 V，保護(hù)裝置非電量1 動(dòng)作，用數(shù)字表A 測(cè)得輸出端電壓為21.67 V。此時(shí)，輸入端啟動(dòng)電壓≥230V 的63.96%，輸出端動(dòng)作電壓為24V 的 90.3%。

（2）在光電隔離輸入端從0 突增電壓直至144 V，保護(hù)裝置非電量1 動(dòng)作，用數(shù)字表A 測(cè)得輸出端電壓為21.04 V，電流為0.000 73 A。

（3）重復(fù)（2）步驟兩次，得到兩次電流分別為0.000 68 A、0.000 8 A，平均值為0.000 737 A。因?yàn)楫a(chǎn)生干擾時(shí)，電流往往都是突變，故采用21.04 V計(jì)算輸出端非電量啟動(dòng)功率為0.015 5 W。

（4）更換數(shù)字表B 后重復(fù)（3）步驟，得到光電隔離端子排輸入端電壓為148.9 V、149.6 V，輸入端電流為0.001 03 A、0.001 02 A。輸出端電壓為21.54 V、21.61 V，輸出端電流穩(wěn)定后為0.0003 3 A、0.0003 1 A。計(jì)算得輸入端啟動(dòng)功率為0.1526mW，

輸出端啟動(dòng)功率為0.0069 W。

3.2 試驗(yàn)現(xiàn)象分析

更換數(shù)字表A、B 前后兩次試驗(yàn)所得到的輸出端電流相差接近一倍，分析為數(shù)字表內(nèi)部及表筆的內(nèi)阻區(qū)別會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定影響。但是由于測(cè)得的電流非常小，對(duì)于最終計(jì)算的輸出功率影響不超過3 倍，與實(shí)際光電隔離回路隔離前后的功率差值作比較，影響可以忽略。

非電量保護(hù)回路串入光電隔離端子排后，非電量保護(hù)動(dòng)作所需啟動(dòng)功率擴(kuò)大了10 倍～20 倍，電壓等級(jí)也提高了6 倍?？紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際干擾達(dá)不到30 V，相鄰操作電纜啟停轉(zhuǎn)機(jī)的電流干擾也很小。當(dāng)直流正或負(fù)極經(jīng)電阻接地或電纜絕緣下降，接地側(cè)電阻由999 K 下降至25 K 以下時(shí)（直流絕緣監(jiān)察裝置發(fā)出接地告警信號(hào)），接地側(cè)電壓約為90 V，非接地側(cè)電壓經(jīng)直流絕緣監(jiān)察裝置內(nèi)部電橋平衡后最高可升至130 V，不滿足光電隔離端子排輸入端動(dòng)作的電壓條件，可以認(rèn)為采用光電隔離端子排來防止干擾的措施有效。假設(shè)極端情況下，當(dāng)直流正極或負(fù)極直接接地，即金屬性接地時(shí)，接地側(cè)電壓為0，非接地側(cè)電壓會(huì)達(dá)到220 V 左右，此時(shí)無(wú)論采取何種措施都無(wú)法避免微機(jī)保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

3.3 實(shí)際措施

如圖2 所示，在保護(hù)盤非電量1 保護(hù)回路中加裝光電隔離端子排或大功率中間繼電器并進(jìn)行整組傳動(dòng)試驗(yàn)。利用設(shè)備檢修時(shí)，定期對(duì)光電隔離端子排或大功率繼電器進(jìn)行檢查或試驗(yàn)，以判斷非電量跳閘回路的可靠性。

采用此型號(hào)保護(hù)裝置的廠用變非電量跳閘電纜若不是屏蔽電纜或電纜屏蔽不好，則更換成屏蔽電纜，電纜屏蔽層在電纜兩端可靠接地。同時(shí)排查電纜線芯，嚴(yán)禁交直流混用、強(qiáng)弱電混用。防止交流電壓和電流串入直流回路，強(qiáng)電串入弱電回路。電纜纖芯相間及對(duì)地的絕緣應(yīng)合格，否則會(huì)影響保護(hù)裝置開入量信號(hào)采集的正確性。

檢查非電量保護(hù)回路的防潮、防振及其他滲漏等密封性情況。如果條件允許，瓦斯繼電器至保護(hù)柜的電纜應(yīng)盡量減少中間轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)，從瓦斯端子箱直接接入變壓器保護(hù)屏。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)和分析表明，對(duì)于采用如24 V、48 V弱電的非電量開入回路，在回路中串入光電隔離端子排，可以極大程度減小現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)于廠用變壓器非電量保護(hù)回路的干擾，能有效解決廠用變壓器非電量保護(hù)的誤動(dòng)問題。