西門子光纖縱差保護(hù)器7SD6101誤動作分析

李中鶴(國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)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(hù)人員在對35/10kV 變壓器保護(hù)柜清灰時造成變壓器高低壓側(cè)斷路器跳閘?，F(xiàn)場35/10kV 變壓器配置西門子光差保護(hù)器7SD6101-5BB49，根據(jù)報文分析，故障時刻光差保護(hù)器報“本差聯(lián)跳”告警，其余綜保均無任何異常信息；因本差保護(hù)器安裝在變壓器低壓側(cè)，無法直接實(shí)現(xiàn)聯(lián)跳高壓側(cè)斷路器功能，故將本差保護(hù)器動作節(jié)點(diǎn)作為光差保護(hù)器開入節(jié)點(diǎn)，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)閉合后通過光差保護(hù)器跳開高壓側(cè)斷路器，現(xiàn)場接線如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場接線

根據(jù)接線圖，正常動作順序：本差保護(hù)器動作后，其輸出節(jié)點(diǎn)1X-F10,1X-F11閉合，光差保護(hù)器通過該節(jié)點(diǎn)將2X-F1(+)端子與2X-F5(-)端子導(dǎo)通，光差保護(hù)器發(fā)出動作指令。

2 故障分析

2.1 本差保護(hù)器動作

現(xiàn)場檢查變壓器本體無任何故障點(diǎn)，且本差保護(hù)器無任何保護(hù)動作記錄，可排除本差保護(hù)器輸出節(jié)點(diǎn)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(cè)接線均獨(dú)立且與圖紙一致，排除寄生回路干擾。

2.3 正負(fù)電導(dǎo)通

若將正電導(dǎo)入光差保護(hù)器2X-F5端子，可造成保護(hù)動作信號觸發(fā)。

2.3.1 通過壓板導(dǎo)入正電

經(jīng)測量，保護(hù)柜正面所有壓板均為負(fù)電，由圖1可知，2X-F5端子為負(fù)電，將壓板接入負(fù)電后不會造成內(nèi)部元件電壓發(fā)生改變?，F(xiàn)場將壓板互相短接測試，未造成光差保護(hù)器動作。

2.3.2 通過端子導(dǎo)入正電

光差保護(hù)器2X-F1端子、本差保護(hù)器1X-F11端子及保護(hù)柜內(nèi)2RD1、1CD1端子均為正電端子，光差保護(hù)器2X-F5端子、本差保護(hù)器1X-F10端子及保護(hù)柜2RD7、1CD11端子均為負(fù)電端子，根據(jù)柜內(nèi)端子布局，可能造成正負(fù)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(hù)器端子1X-F10，1X-F11；(4)光差保護(hù)器端子2X-F1，2X-F5。

上述端子安裝位置均在保護(hù)柜后，現(xiàn)場作業(yè)人員只對柜前設(shè)備進(jìn)行清灰，未觸及柜后設(shè)備，本次故障可排除柜后端子短接造成保護(hù)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(hù)器誤動作，且本差保護(hù)器1X-F10、1X-F11與光差保護(hù)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(jù)光差保護(hù)器內(nèi)部原理圖可知(圖2)，本次保護(hù)動作，其根本原因?yàn)閮?nèi)部光隔BI1動作；根據(jù)設(shè)計(jì)接線，F(xiàn)10通過直流屏引一路負(fù)電，作為所有開入節(jié)點(diǎn)的公共負(fù)電，F(xiàn)1通過直流屏引一路正電，作為所有外部開入節(jié)點(diǎn)的公共正電，正常情況下，外部節(jié)點(diǎn)閉合后光隔兩側(cè)產(chǎn)生DC220V 壓差，并形成閉合回路(示意圖如圖3)保護(hù)器動作。

圖2 光差保護(hù)器內(nèi)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(cè)要構(gòu)成閉合回路，二是有驅(qū)動能量；經(jīng)與廠家溝通，當(dāng)光隔壓差大于88V，回路電流大于1.2mA，光隔翻轉(zhuǎn)，且為雙向?qū)ā?/p>

2.4.1 接地原因

(1)理論分析。前文介紹，人員一直在保護(hù)柜正面作業(yè)，若由于接地原因?qū)е卤Ｗo(hù)器動作，只能通過柜前的壓板接地。接地點(diǎn)確認(rèn)后需要找到一條閉合回路，方能導(dǎo)致光隔翻轉(zhuǎn)，光差保護(hù)器F1與F5之間有外部節(jié)點(diǎn)隔離且無其他寄生回路，故兩點(diǎn)之間無法形成閉合回路。接地點(diǎn)(即壓板)在F5側(cè)，F(xiàn)10由直流屏供負(fù)電，直流屏絕緣監(jiān)測儀電阻測量基于電橋原理(詳見奧特迅微機(jī)直流絕緣監(jiān)測儀原理，原理圖如圖4)，存在接地點(diǎn)，由此F10與F5之間便形成閉合回路，如圖5。

圖4 奧特迅微機(jī)直流絕緣監(jiān)測儀原理圖

圖5 閉合回路示意圖

當(dāng)F5端子通過壓板形成接地時，F(xiàn)5端子電壓為0V 且與地網(wǎng)導(dǎo)通，F(xiàn)10端子仍是直流屏負(fù)極電源，因直流屏內(nèi)部經(jīng)絕緣檢測儀也存在接地點(diǎn)，故F5端子與F10端子經(jīng)地網(wǎng)構(gòu)成閉合回路；直流屏負(fù)極通過保護(hù)器內(nèi)光隔接地，相當(dāng)于經(jīng)高阻接地，其接地側(cè)(即F5側(cè))電壓為0V，負(fù)極側(cè)(即F10側(cè))電壓略有降低，保護(hù)器光隔兩端形成壓差，造成光隔翻轉(zhuǎn)，保護(hù)器動作，其動作原理如圖6。

圖6 保護(hù)器動作原理圖

(2)模擬試驗(yàn)。壓板直接接地：使用短接線將壓板與接地端短接，光差保護(hù)器動作。串電阻接地：使用4.7kΩ 電阻串聯(lián)至壓板與接地端之間，光差保護(hù)器動作，當(dāng)串聯(lián)至第8個電阻時，光差保護(hù)器未動作，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

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

表1 光差保護(hù)器未動作試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)人體接地：作業(yè)人員一手握住接地端，另一手碰觸壓板，光差保護(hù)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(hù)器動作。

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

將壓板與柜體絕緣漆處短接，光差保護(hù)器未動作。

2.4.2 靜電原因

靜電試驗(yàn)：使用干燥的棉質(zhì)、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(hù)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(dāng)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(hù)器內(nèi)光隔發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由于試驗(yàn)條件受限，此項(xiàng)未進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

3 預(yù)防措施

基于上述分析，為防止人員作業(yè)過程中造成保護(hù)器誤動作，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：(1)作業(yè)前人體應(yīng)對地放電，且接觸保護(hù)柜時應(yīng)佩戴防靜電手環(huán)；(2)應(yīng)使用干燥的、絕緣良好的工器具進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)人員應(yīng)帶絕緣手套；(3)應(yīng)將保護(hù)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(yīng)穿絕緣鞋，并站在絕緣墊上；(5)應(yīng)將柜面人員易接觸的位置涂上絕緣漆。

4 結(jié)語

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