西門子光纖縱差保護器7SD6101誤動作分析

李中鶴(國家能源集團寧夏煤業公司煤制油分公司電氣管理中心，寧夏 銀川 750411)

1 故障及回路簡介

維護人員在對35/10kV變壓器保護柜清灰時造成變壓器高低壓側斷路器跳閘。現場35/10kV變壓器配置西門子光差保護器7SD6101-5BB49，根據報文分析，故障時刻光差保護器報“本差聯跳”告警，其余綜保均無任何異常信息；因本差保護器安裝在變壓器低壓側，無法直接實現聯跳高壓側斷路器功能，故將本差保護器動作節點作為光差保護器開入節點，當該節點閉合后通過光差保護器跳開高壓側斷路器，現場接線如圖1所示。

圖1 現場接線

根據接線圖，正常動作順序：本差保護器動作后，其輸出節點1X-F10,1X-F11閉合，光差保護器通過該節點將2X-F1(+)端子與2X-F5(-)端子導通，光差保護器發出動作指令。

2 故障分析

2.1 本差保護器動作

現場檢查變壓器本體無任何故障點，且本差保護器無任何保護動作記錄，可排除本差保護器輸出節點1X-F10,1X-F11動作可能性。

2.2 二次寄生回路干擾

檢查控制回路，圖1中，每個端子兩側接線均獨立且與圖紙一致，排除寄生回路干擾。

2.3 正負電導通

若將正電導入光差保護器2X-F5端子，可造成保護動作信號觸發。

2.3.1 通過壓板導入正電

經測量，保護柜正面所有壓板均為負電，由圖1可知，2X-F5端子為負電，將壓板接入負電后不會造成內部元件電壓發生改變。現場將壓板互相短接測試，未造成光差保護器動作。

2.3.2 通過端子導入正電

光差保護器2X-F1端子、本差保護器1X-F11端子及保護柜內2RD1、1CD1端子均為正電端子，光差保護器2X-F5端子、本差保護器1X-F10端子及保護柜2RD7、1CD11端子均為負電端子，根據柜內端子布局，可能造成正負電源短接的端子組合有：(1)柜后端子1CD1，1CD11；(2)柜后端子2RD1，2RD7；(3)本差保護器端子1X-F10，1X-F11；(4)光差保護器端子2X-F1，2X-F5。

上述端子安裝位置均在保護柜后，現場作業人員只對柜前設備進行清灰，未觸及柜后設備，本次故障可排除柜后端子短接造成保護動作的可能性，但從原理上分析，柜后端子短接可以造成保護器誤動作，且本差保護器1X-F10、1X-F11與光差保護器2X-F1、2X-F5兩對端子位置相鄰，極有可能形成短接，建議將兩對端子用絕緣膠帶封住。

2.4 靜電及接地

根據光差保護器內部原理圖可知(圖2)，本次保護動作，其根本原因為內部光隔BI1動作；根據設計接線，F10通過直流屏引一路負電，作為所有開入節點的公共負電，F1通過直流屏引一路正電，作為所有外部開入節點的公共正電，正常情況下，外部節點閉合后光隔兩側產生DC220V壓差，并形成閉合回路(示意圖如圖3)保護器動作。

圖2 光差保護器內部原理圖

圖3 閉合回路示意圖

從光隔工作原理分析，若要光隔動作，必須滿足兩個條件：一是光隔的兩側要構成閉合回路，二是有驅動能量；經與廠家溝通，當光隔壓差大于88V，回路電流大于1.2mA，光隔翻轉，且為雙向導通。

2.4.1 接地原因

(1)理論分析。前文介紹，人員一直在保護柜正面作業，若由于接地原因導致保護器動作，只能通過柜前的壓板接地。接地點確認后需要找到一條閉合回路，方能導致光隔翻轉，光差保護器F1與F5之間有外部節點隔離且無其他寄生回路，故兩點之間無法形成閉合回路。接地點(即壓板)在F5側，F10由直流屏供負電，直流屏絕緣監測儀電阻測量基于電橋原理(詳見奧特迅微機直流絕緣監測儀原理，原理圖如圖4)，存在接地點，由此F10與F5之間便形成閉合回路，如圖5。

圖4 奧特迅微機直流絕緣監測儀原理圖

圖5 閉合回路示意圖

當F5端子通過壓板形成接地時，F5端子電壓為0V且與地網導通，F10端子仍是直流屏負極電源，因直流屏內部經絕緣檢測儀也存在接地點，故F5端子與F10端子經地網構成閉合回路；直流屏負極通過保護器內光隔接地，相當于經高阻接地，其接地側(即F5側)電壓為0V，負極側(即F10側)電壓略有降低，保護器光隔兩端形成壓差，造成光隔翻轉，保護器動作，其動作原理如圖6。

圖6 保護器動作原理圖

(2)模擬試驗。壓板直接接地：使用短接線將壓板與接地端短接，光差保護器動作。串電阻接地：使用4.7kΩ電阻串聯至壓板與接地端之間，光差保護器動作，當串聯至第8個電阻時，光差保護器未動作，試驗數據如表1所示。

當串入電阻R≤32.45kΩ時保護器可靠動作，電阻R=32.45kΩ時測量電阻兩端壓降為-29.5V，當串入電阻R＞37.16kΩ保護器不動作，電阻R=37.16kΩ時測量電阻兩端壓降為-30.78V，由此計算回路電流當回路電流I≥0.9mA時保護器可靠動作；當回路電流I＜0.83mA時保護器不動作。

表1 光差保護器未動作試驗數據

經人體接地：作業人員一手握住接地端，另一手碰觸壓板，光差保護器未動作。

使用潮濕的抹布接地：使用潮濕的抹布將壓板與接地端短接，光差保護器動作。

使用干燥的抹布接地(材質分別為棉、絲綢、腈綸)將壓板與接地端短接，光差保護器未動作。

將壓板與柜體絕緣漆處短接，光差保護器未動作。

2.4.2 靜電原因

靜電試驗：使用干燥的棉質、腈綸、絲綢抹布分別與柜面絕緣漆和柜體玻璃摩擦，然后快速碰觸壓板，光差保護器未動作。

從理論上分析，人員在擦拭柜體過程中由于身體帶有靜電，靜電能量較大，當人員碰觸到壓板或接線端子時，并使其形成閉合回路后，可能造成保護器內光隔發生翻轉，由于試驗條件受限，此項未進行驗證試驗。

3 預防措施

基于上述分析，為防止人員作業過程中造成保護器誤動作，應做到以下幾點：(1)作業前人體應對地放電，且接觸保護柜時應佩戴防靜電手環；(2)應使用干燥的、絕緣良好的工器具進行作業，作業人員應帶絕緣手套；(3)應將保護器端子用絕緣膠帶封住，避免人員誤碰；(4)投退壓板時，必須單手操作，且應穿絕緣鞋，并站在絕緣墊上；(5)應將柜面人員易接觸的位置涂上絕緣漆。

4 結語

文章通過對西門子7SD6101-5BB49保護器誤動作現象分析，闡明微機保護裝置光隔翻轉的必要條件，測試出光隔翻轉的電壓、電流閥值，并結合直流屏絕緣檢測儀工作原理，找到接地回路，為微機保護裝置及二次回路故障查找提供依據。