GIS 局部放電在線監(jiān)測裝置共模干擾故障處理分析

章濤，梁年柏，王智嬌，劉崧，劉昊，王云飛

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528001）

1 研究背景

隨著數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)的加速推進，變電一次設(shè)備加裝了各種用于運行狀態(tài)量監(jiān)測的設(shè)備，以獲取一次設(shè)備的運行狀態(tài)，進而獲得設(shè)備的健康狀態(tài)，為設(shè)備運維提供決策支持。GIS 設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)就是通過監(jiān)測GIS 設(shè)備局部放電量來實時監(jiān)測GIS 設(shè)備的運行狀態(tài)。GIS 設(shè)備局放在線監(jiān)測系統(tǒng)故障將導(dǎo)致GIS 設(shè)備運行健康狀態(tài)監(jiān)測失真，進而影響GIS 設(shè)備的運維決策。

某站GIS 局放在線監(jiān)測系統(tǒng)投產(chǎn)2 年來，每1 ～2個月就會出現(xiàn)某些監(jiān)測點數(shù)據(jù)為0 的狀況。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，采集裝置電源模塊電路板的L（火線）與G（地線）之間的壓敏電阻燒損，其燒損情況如圖1 所示，進而導(dǎo)致該采集裝置無法正常工作。在更換電源模塊和加裝穩(wěn)壓電源后，發(fā)現(xiàn)僅正常運行半個月左右，又會出現(xiàn)相同的狀況。在運行維護過程中發(fā)現(xiàn)，該站的采集裝置故障并非個例，同樣的故障在現(xiàn)場5 臺采集裝置上均有發(fā)生。而其他站同批次設(shè)備卻運行正常。針對該站的采集裝置故障，運維人員開展了故障原因分析和故障處理。

2 故障原因分析

某變電站GIS 局放在線監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測系統(tǒng)屏，就地綜合柜和采集裝置組成，詳見如圖2 所示的GIS 局放監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。監(jiān)測系統(tǒng)屏主要負責(zé)數(shù)據(jù)的就地分析、展示以及將數(shù)據(jù)上送電科院，就地綜合柜的功能是匯集采集裝置的數(shù)據(jù)并上送至監(jiān)測系統(tǒng)屏和通過電源分配來管理采集裝置的電源，采集裝置主要負責(zé)采集傳感器獲得的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場電源取自二次交流電源配電屏。

圖2 GIS 局放監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

采集裝置的壓敏電阻燒損不是短時間立即燒損，而是可以運行15 天左右。因而原因可能為壓敏電阻兩端電壓過高多次超過其動作值導(dǎo)致其頻繁動作，次數(shù)多后導(dǎo)致其燒損失效。

該壓敏電阻的型號為14D471K，可承受電壓423～470V，啟動電壓300V，通流容量4500A，靜態(tài)電容420pF。

裝置電源為引自二次交流電源配電屏的220V 站用電源，而壓敏電阻啟動電源為300V，是什么原因?qū)е码娫茨K電壓升高呢？

由于燒損的壓敏電阻為L（火線）與G（地線）之間的壓敏電阻，考慮是接地不良的原因。現(xiàn)場測得L 與G 之間的電壓為205V，N(零線)與G（地線）之間的電壓為15V。根據(jù)上述數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)N 與G 之間的電壓偏高，可能是該站接地網(wǎng)阻值偏高或N 與G 回路接觸不良。

同時，鑒于L 與G 之間易產(chǎn)生共模干擾，導(dǎo)致電路板L 與G 之間電壓升高并超過300V，使得壓敏電阻頻繁動作，最終導(dǎo)致壓敏電阻燒損失效。現(xiàn)場整個系統(tǒng)使用的電纜雖然是3 芯電纜，但實際在使用中的僅有兩芯，剩余一芯閑空未被投入使用。雖電路板電源G端有經(jīng)其他設(shè)備外殼接地，但由于電源端懸空，外部干擾易通過導(dǎo)線電容耦合進入電路，各點采集裝置接地電壓不一樣，形成地電位差引入共模干擾，導(dǎo)致電壓升高。當(dāng)電壓超過300V 時，壓敏電阻動作，反復(fù)動作后，導(dǎo)致其燒損失效。

該站建在半山腰上，開山而建。底層為花崗巖質(zhì)地，上面覆蓋回填土，整個變電站接地電阻較高且不均勻，易導(dǎo)致各點采集裝置接地電壓出現(xiàn)差異。

經(jīng)上述分析，可確定壓敏電阻失效故障是由共模干擾所致。

3 故障處理

根據(jù)上述第三節(jié)的分析，明確了壓敏電阻燒損失效的原因是共模干擾導(dǎo)致的電壓升高。消除共模干擾的處理方法一般有四種：一是采用屏蔽雙絞線并有效接地；二是布線時遠離高壓線；三是采用線性穩(wěn)壓電源或高品質(zhì)的開關(guān)電源；四是強電場的地方采用鍍鋅管屏蔽。從保障壓敏電阻不被燒損的角度，可以采用提高壓敏電阻啟動電壓的方式，通過選擇更高啟動電壓的壓敏電阻，使壓敏電阻不動作或少動作。

該站開山而建，底層為花崗巖質(zhì)地，上面覆蓋回填土，整個變電站接地電阻較高，降低接地電阻降低施工量大，且需要立項和施工，耗時長。為了快速消除該故障，綜合考慮施工難易度和經(jīng)濟性后，選擇采取有效接地和線性穩(wěn)壓電源相結(jié)合的方法。一是將電路板電源G 端有效接地，G 端直接接入外殼，并在綜合就地柜將電源端的接地線均與接地端子排相連接，消除易通過導(dǎo)線電容耦合進入電路的外部干擾。二是在綜合就地柜處加裝一臺UPS 裝置，提高電源端的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

（1）變電站運維中應(yīng)重視接地網(wǎng)狀態(tài)評估，適時關(guān)注接地網(wǎng)運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理，防止因接地網(wǎng)狀態(tài)不良導(dǎo)致二次設(shè)備運行故障的發(fā)生。

（2）處理措施經(jīng)過運行檢驗，在線監(jiān)測裝置未發(fā)生任何故障，數(shù)據(jù)正常，提高了監(jiān)測設(shè)備運維的穩(wěn)定性。

（3）提高電源端穩(wěn)定性和采取有效接地方式消除電源回路中的耦合干擾相結(jié)合的處理措施能有效消除共模干擾，具有良好的經(jīng)濟性和實時性。

（4）此次電源模塊共模干擾的處理措施對GIS 設(shè)備局放監(jiān)測系統(tǒng)的運行維護具有一定的借鑒意義。