某220千伏智能變電站二次設(shè)備插件異常分析

徐建友

(國網(wǎng)淮北供電公司， 安徽　淮北　235000)

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某220千伏智能變電站二次設(shè)備插件異常分析

徐建友

(國網(wǎng)淮北供電公司， 安徽淮北235000)

文章對某二次設(shè)備插件發(fā)生的異?，F(xiàn)象及背景做了說明，介紹了受損的智能終端、合并單元插件WB8610-AH、WB8600-BH、WB8330-BH的測試分析。對插件異常進(jìn)行了詳細(xì)分析說明，徹底查清本次大面積智能終端、合并單元插件板異常的真正原因。為以后此類問題的分析提供了借鑒。

智能終端；合并單元；過電壓；擊穿

0　引言

智能變電站繼電保護(hù)二次設(shè)備中的智能終端、合并單元裝置工作環(huán)境在室外高壓設(shè)備區(qū)，相應(yīng)的裝置插件異常原因比較多，與繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行環(huán)境和插件本身的質(zhì)量，以及插件的設(shè)計(jì)等有關(guān)。但此次大面積的二次設(shè)備裝置插件異常的幾率還是比較少的。此次插件異常影響面較大，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)。此類問題的徹底查清為下一步處理或避免類似的情況發(fā)生提供了技術(shù)支持，同時(shí)為智能變電站的安全運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)。為了搞清楚此次大面積的插件異常的真正原因，繼電保護(hù)專業(yè)人員和設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員一起進(jìn)行研究分析，通過對受損的插件板進(jìn)行測試分析，找到了此次插件異常的原因所在。

1　插件異?，F(xiàn)象及背景

2015年8月5日，在某220kV智能變電站現(xiàn)場工作的人員反饋，當(dāng)日中午天氣異常，雷雨伴隨閃電，其中有一次閃電明顯且閃電落在110kV設(shè)備區(qū)，隨后發(fā)現(xiàn)110kV I母線智能終端、合并單元，110kV母聯(lián)智能終端電源燈和運(yùn)行燈都不亮?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)110kV I母PT合并單元WB- 8610-AH、I母PT智能終端WB8600-BH、II母PT智能終端WB8300- 00、母聯(lián)智能終端WB8600-BH、779線路間隔智能終端WB8600-BH和WB8330-BH+TY2001、779線路間隔合并單元WB8600-BH多塊裝置插件損壞，部分插件板上可以觀察到明顯的器件損傷，疑似由雷擊所致，但真正原因必須將換下的插件進(jìn)行測試分析。

2　插件異常分析

2.1WB8600-BH電源板異常分析

現(xiàn)場受損的4塊WB8600-BH電源插件均為同一生產(chǎn)批次，插件編號分別為210212210d1d01m0、210212210d1d0850、210212210d1d03a0、210212210d1d03j0。

首先對受損四塊電源插件板功能進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)了兩種異常現(xiàn)象，一是3.3V電源對地短路分別為210212210d1d0850和210212210d1d01m0兩塊電源板；二是Q1三極管擊穿短路，分別為210212210d1d03a0和210212210d1d03j0兩塊電源板。

(1) 3.3V對地短路問題分析

兩塊電源板上電源模塊5V和正負(fù)12V輸出都正常，板上3.3V輸出只有280mV，導(dǎo)致CPLD芯片不工作，所以裝置電源燈不亮。

將5V轉(zhuǎn)3.3V電源芯片取下，單獨(dú)給插件供3.3V電源，發(fā)現(xiàn)CPLD芯片發(fā)燙，可以確定短路點(diǎn)在CPLD芯片內(nèi)部。使用萬用表二極管量程，測量CPLD芯片每一個(gè)引腳對GND和VCC的二極管特性，看是否存在引腳內(nèi)部保護(hù)二極管過電擊穿的情況。

插件編號為210212210d1d0850電源板測試情況如下：

異常引腳引腳信號對GND電壓對GND正常電壓對VCC電壓對VCC正常電壓4CH300.47300.772

插件編號為210212210d1d01m0電源板測試情況如下：

異常引腳引腳信號對GND電壓對GND正常電壓對VCC電壓對VCC正常電壓4CH30.3700.4730.3700.77211LED190.0060.4800.006∞13LED60.0170.4800.017∞14LED140.0110.4800.011∞15LED70.0110.4800.011∞16LED80.0090.4800.009∞22LED40.0270.4800.027∞24LED90.0220.4800.022∞40RST0.2060.4800.2060.77241CH40.3280.4800.3280.77242LED310.0040.4800.004∞43LED300.0120.4800.012∞44LED290.0210.4800.021∞45LED270.0130.4800.013∞48LED280.0430.4800.043∞49LED250.0250.4800.025∞50CTL∞0.480∞∞51LED260.0130.4800.013∞

對VCC正常能量到0.772V左右電壓的引腳，外接了4.7千歐的上拉電阻。由以上測試結(jié)果可以看出，兩塊電源模塊上的CPLD芯片引腳內(nèi)部對GND和VCC的防護(hù)二極管都存在過電擊穿的現(xiàn)象。裝置受雷擊的時(shí)候，干擾經(jīng)過總線板直接加在芯片引腳上，導(dǎo)致芯片異常。

(2)三極管Q1異常分析

兩塊異常的電源板上單板調(diào)試臺(tái)進(jìn)行測試，LVDS測試、電壓測試、開入測試均通過，開出測試報(bào)RUN測試錯(cuò)誤，如圖1所示。兩塊板上控制RUN信號的三極管Q1都可以看到外殼炸裂的情況，三極管基極和集電極被擊穿，如圖2所示。

圖1　　圖2　兩塊電源板上的Q1三極管外殼有炸裂的情況

Q1三極管異常，裝置會(huì)報(bào)裝置異常信號。從三極管異常形貌上可以看出，器件瞬間受到了較大的沖擊電壓。

2.2WB8610-BH電源板異常分析

異常電源板插件編號為210212229d3701u0。插件上電后無電壓輸出，檢查發(fā)現(xiàn)電源端的水泥電阻阻值變?yōu)闊o窮大，呈開路狀態(tài)，導(dǎo)致220V電源沒有接入到電源模塊。更換水泥電阻后上電，電源模塊仍然無電壓輸出，更換電源模塊后，電壓輸出正常，單板調(diào)試功能正常，問題定位為水泥電阻和電源模塊異常。

圖3　WB8600原理圖截圖

水泥電阻在電源端，主要是防止上電時(shí)的瞬間沖擊對電源模塊造成損傷。測量電源模塊上的器件，發(fā)現(xiàn)ZD2二極管被擊穿。水泥電阻和電源模塊的異常都是瞬間受到較大的沖擊電壓或電流造成。

2.3WB8300- 00板異常分析

異常WB8300- 00插件編號為210212212d3402j0。板上沒有器件有明顯的燒毀痕跡。上單板調(diào)試臺(tái)，報(bào)LVDS測試錯(cuò)誤，板上3.3V電源正常，應(yīng)為CPLD芯片故障。測量CPLD芯片每一個(gè)引腳對GND和VCC的二極管特性，看是否存在引腳內(nèi)部保護(hù)二極管過電擊穿的情況，測試結(jié)果如下：

異常引腳引腳信號對GND電壓對GND正常電壓對VCC電壓對VCC正常電壓49CH00.0180.4730.0100.77259RST0.0120.4760.097∞102CJ30.2640.4750.3130.727106CJ10.2530.4780.3230.731

對VCC正常能量到0.772V左右電壓的引腳，外接了4.7千歐的上拉電阻。從以上測試可以看出，CPLD多個(gè)引腳對GND和VCC的防護(hù)二極管有漏電現(xiàn)象，芯片內(nèi)部有損傷。裝置受雷擊的時(shí)候，干擾經(jīng)過總線板直接加在芯片引腳上，導(dǎo)致芯片異常。

2.4WB8330-BH板異常分析

受損異常的WB8330-BH插件板編號為210212227d3m05t0，板上可以明顯觀察到器件燒毀的痕跡，如圖5畫圈標(biāo)識位置。連接信號地和數(shù)字地的L1電感燒毀，OP17光耦外殼炸裂，CPLD芯片外殼也有炸裂情況。

圖5　異常WB8330-BH板上器件有明顯燒毀痕跡

經(jīng)測試，OP17至OP24光耦都有異常，板上3.3V電源和5V電源對地都有短路現(xiàn)象，3.3V對地短路是由于CPLD芯片內(nèi)部燒毀，引腳對GND和VCC的防護(hù)二極管過電擊穿，5V電源對地短路是因?yàn)锳MS1117芯片輸入引腳(5V)和輸出引腳(3.3V)短路導(dǎo)致。

從電感、光耦和CPLD芯片的異常形貌上來看，都是受到了瞬間的大電壓或電流沖擊導(dǎo)致。

3　分析結(jié)論

從以上對受損異常的插件逐個(gè)進(jìn)行的分析測試可知，以上受損異常的插件都是受到瞬間的過壓或過流導(dǎo)致板上元器件異常，可確定為現(xiàn)場雷擊所致。雖然異常插件的CPLD連接到哈丁端子的信號都有防護(hù)電阻，但由于雷擊能量大，在雷擊環(huán)境下可能出現(xiàn)異常。為避免此次類似情況的再次發(fā)生，對現(xiàn)場的二次設(shè)備及回路抗干擾能力進(jìn)行測試，檢查室外設(shè)備區(qū)的智能終端、合并單元的匯控箱以及開關(guān)端子箱的接地性能、以及二次回路的有關(guān)電纜屏蔽接地情況進(jìn)行了排查?，F(xiàn)場檢查均滿足二次設(shè)備的箱體必須可靠接地及控制電纜應(yīng)采用屏蔽電纜且屏蔽層必須在開關(guān)廠和控制室同時(shí)接地等要求[1]。據(jù)此也提出了對該變電站110kV設(shè)備區(qū)防雷測試的建議。

[1] 國家電力調(diào)度通訊中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)程匯編[M].北京：中國電力出版社，2000.

[責(zé)任編輯：朱子]

Plug-In Exception of Secondary Device in a 220kV Intelligent Substation

XUJian-you

(StateGridHuaibeiPowerSupplyCompany,Huaibei235000,China)

This paper describes the abnormal occurrence and background of plug-in of a certain secondary device. It also shows the analysis on testing the damaged intelligent terminal and merging unit plug-in WB8610-AH, WB8600-BH and WB8330-BH. Analyzing on plug-in exception in detail, it verifies thoroughly the true reason of large-scale intelligent terminal and merging unit plug-in exception. It provides the

for the analysis of similar problems in the future.

intelligent terminal; merging unit; overvoltage; breakdown

2016- 03- 03

徐建友(1965-)，男，安徽潛山縣人，高級工程師，國網(wǎng)安徽省電力公司優(yōu)秀技能專家。從事繼電保護(hù)及其二次系統(tǒng)維護(hù)工作。

TM645.2

A

1672-9706(2016)03- 0014- 04