一起隔離開關操作造成保護通道中斷的分析及處理

楊 豐，齊肖彬

（國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050070）

500kV 變電站線路保護配置為雙光纖縱聯差動保護，以實現全線路的速動保護［1］，其光纖差動保護原理簡單、抗干擾能力強、動作可靠，但對于光纖通道質量依賴程度較高，尤其是復用2 M通道［2－3］，其數據傳輸環節較多，極易造成通道誤碼增大、通道中斷，導致兩側保護裝置數據無法正常進行交換，線路發生故障時，保護拒動［4－5］。以下就一起500kV 變電站因隔離開關操作造成保護通道中斷的故障進行原因分析并給出相應解決問題的措施及相關建議。

1 故障情況及原因查找

某500kV 變電站在進行操作5043－2隔離開關合閘時，5043－2 隔離開關U 相嚴重放電，500 kV 2號母差保護裝置動作，500kV 1號線路保護RCS－931（距離元件）、P544（差動元件）、RCS－902（距離元件）保護裝置動作，500kV 2號母線（差動元件）保護裝置動作，跳開故障點兩側開關及2號母線上所有開關，故障相U 相。

事后調查，500kV 1號線路保護RCS－931主保護差動元件未動作（裝置啟動后差動元件退出753ms）。該變電站1號母線、2號母線一次接線圖見圖1所示，其中1TA、2TA 為500kV 線路保護ⅠⅡ裝置用繞組，3TA、4TA 為500kV 母線保護ⅠⅡ裝置用繞組。

圖1 500kV 變電站一次接線

現場調取監控信息及線路、母線保護裝置的動作元件、時序（圖2為保護動作時序），并結合故障錄波器的故障波形，進行現場故障推演，在進行5043－2隔離開關合閘過程中，5043開關內部發生接地，產生很大的故障電流，故障點存在于L2線路保護和號2母線保護TA 之間，故線路保護和母線保護同時快速動作，開關切斷故障電流，隔離故障點。從而判斷5043開關內部放電為此次事故的原因。

圖2 保護動作時序

2 原因分析

2.1 保護信息分析

RCS－931保護裝置差動元件退出未動作，原因為RCS－931保護光電轉換裝置MUX－2M 的電源受到高頻干擾，影響MUX－2M 的數據傳輸，導致保護裝置退出。在事后的開關恢復送電的過程中，進行5043－2 隔離開關分合試驗得到驗證，監測光電接口MUX－2M 裝置，在5043－2 隔離開關分合過程中，均出現L2 線路RCS－931保護退出現象，經查光電接口裝置的電源在5043－2隔離開關分合過程中，會引起長時間的多次電弧燃燒，在回路中形成一系列的高頻電流、電壓衰減振蕩波。振蕩波的電壓幅值等于電弧點燃瞬間端口之間的電位差。電氣設備間的連線相當于天線，將暫態電磁場的能量向周圍空間輻射，通過靜電耦合或電磁耦合而作用于弱電回路，產生干擾電壓，同時通過連接母線的CVT 直接耦合到二次設備。造成光電接口裝置收發異常，保護通道中斷，差動元件退出運行的發生。

2.2 干擾源分析

對該事件進行分析，造成光電接口裝置通信收發異常的原因為5043－2 隔離開關合閘過程中產生的高頻干擾，對于母線隔離開關向開關側充電可以等效為隔離開關合閘于不帶電的純電容負荷，如圖3所示。

圖3 隔離開關空充等值電路

當5043－2隔離開關動靜觸點逐漸接近時，動靜觸頭間電場強度隨之增大，當隔離開關斷口間的電位差足以使其空氣絕緣擊穿時，就發生第一次電弧閃絡。一般情況下由于隔離隔離開關操作速度較慢，第一次拉弧多數發生在電源側工頻電壓最大值附近，一旦閃絡拉弧開始，電流將通過隔離開關觸點向短線（電容）迅速充電。

在電容充滿電壓的同時，如圖3所示，電源側電壓US于母線側電壓UL間電壓為零，這時隔離開關觸點間電源側的電容充電的回路自然中斷。通過零電位點后，由于電源側US 隨著工頻電壓變化幅值和相位，導致隔離開關斷口US與UL之間的電壓又開始增大，且隔離開關斷口US與UL之間電位差相反，當增大到大于觸點間的擊穿電壓時，隔離開關觸點間隙第二次被擊穿，母線電位再經過振蕩，改變為此時電源電壓的瞬時值電位，電弧熄滅。這樣的電弧重燃和熄滅過程反復出現，直到隔離開關動靜觸頭接觸為止。

隔離開關合閘過程中斷口間隙距離逐漸縮小，則電弧重燃時斷口兩端的電位差也逐漸縮小，故在工頻一個周期內電弧重燃次數逐漸增加，母線或短線電壓成為越來越密的階梯狀波形。這些波沿母線傳播，并經母線終端或各種電容器設備注入地網（例如電容式電壓互感器），行波在每一個斷點處都產生反射，從而產生各種高頻振蕩，其頻率范圍一般為50～5MHz。這些高頻振蕩與二次回路耦合會感應出強烈的干擾。

隔離開關在合閘過程中產生的高頻電流在地網系統中四散分布，在地網的不同點引起高頻電位差，在二次控纜的屏蔽層及設備箱體中感應出電流，從而對屏蔽層的電纜線芯和被屏蔽的設備造成干擾［6］。

2.3 二次元器件分析

變電站按照反措要求，已裝設二次等電位地網，但由于光電接口裝置與線路保護裝置未處于同一平面上的二次等電位地網（光電接口裝置與通信地網相連），并且檢查發現光電轉換裝置MUX－2M 的電源正極未接地，導致隔離開關分合過程中產生的電弧干擾，通過大地串入裝置，造成光電接口裝置電源異常，進而中斷保護差動信息的傳遞。對于這類干擾因素，只有通過屏蔽和接地方法來解決［7］。

經以上分析，得出此次保護通道中斷的原因是隔離開關在合閘過程中產生了高頻電流干擾，而通信電源48V 正極未在光電接口裝置側接地，從而使光電裝置受到高頻的干擾，并最終導致保護通道中斷的故障發生。通過隔離開關分合試驗也驗證了上述結論的正確性。

3 處理措施及效果

現場試驗將光電接口裝置MUX－2M 的電源正極就地接地處理，在進行隔離開關分合時，保護通道異常現象消失，在該故障后，二次專業已組織對所有光電接口裝置電源正極在安裝處進行接地。結合此次故障處理的經驗，提出幾點建議。

a.對光電接口裝置上明確標示的接地端子，如機殼接地柱和裝置端子排接地端子等，在接口屏處經專用接地線直接與屏柜接地銅排可靠連接（如圖4所示）。

圖4 光電接口裝置接地示意

b.將光電接口裝置48V 電源正極，在接口屏處采用4.0mm2的專用黃綠接地線進行接地。

c.拆除光電接口裝置接入監控的“報警”信號，電纜兩端屏蔽層也同時拆除。

4 結束語

光纖差動保護作為220kV 電壓等級及以上線路的主保護，其復用通道的接口裝置起著重要的傳輸作用，在設備投產初期，應做好復用通道接口裝置外殼和電源的接地檢查，以及兩套接口裝置與通信48V 電源的對應關系，并應按照規程仔細檢查新建變電站通信機房、保護二次等電位地網，以降低各類干擾對二次元器件的損傷，確保繼電保護裝置的快速切除率，保障電網的安全穩定運行。

［1］景敏慧.變電站電氣二次回路及抗干擾［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］徐向軍，田桂珍.500kV 線路光纖縱聯保護運行維護［J］.電力科學與工程，2009，25（2）：52－54.

［3］徐向軍，田桂珍.500kV 線路光纖縱聯保護應用的相關問題分析［J］.電力系統通信，2009，30（5）：59－61.

［4］朱玉蘭.光纖通道在線路縱聯保護中的應用及管理［J］.山西電力技術，2008（1）：50－52.

［5］李 翀.基于DSP的光纖縱聯差動保護的研究［D］.保定：華北電力大學，2005.

［6］安志琴，李紅光.光纖保護通道的分析及應用［J］.科技資訊，2009（30）：15－16.

［7］張坤友.淺談供電系統繼電保護安全運行及抗干擾措施［J］.大科技，2011（10）：271－272.