厂用变压器非电量保护误动的分析与对策

冯世才

（国家能源集团吉林热电厂，吉林 吉林 132021）

国能吉林热电厂四台机组机组厂用变压器保护主要采用了继电器、四方CSC-200 系列和南自WCB-1.1E、PST-693U、PDS-765A、PCS-9600 系列这几类，其中PST-693U 型号的保护约占所有变压器的30%。该装置由交流插件、CPU 插件、出口插件和电源插件四部分组成，作为变压器保护、控制、测量和监视一体化装置。近年来该类型保护运行情况基本稳定，但也暴露出一些问题。作为微机保护的一种，在原理上用数字量进行保护、测量的计算，采样精度和动作时间都比继电器式保护有了极大的提高。但由于该型号设计较早，插件及内部回路并未全部应用强电开入，加上现场环境差异性大，难免出现干扰误动的现象。文章将就其非电量保护一次误动事故作出分析，并对其在现场运行存在的问题作粗浅的探讨。

1 事故经过

2021 年 6 月 3 日 21 时 01 分 32 秒，11 号 厂用变保护装置动作，11 号厂用变高压侧5611 开关及低压侧厂用0.38 kV11 段工作电源5511 开关跳闸，厂用0.38 kV11 段母线备用电源5011 开关合闸，1 号给粉机动力盘工备电源自动切换成功，1 号给粉机动力盘所带给粉机全部跳闸。经查，11 号厂用变保护装置报“非电量1 动作”。查询DCS 历史记录，11 号厂用变保护装置非电量1（跳闸）开入27 ms 后消失，1 号给粉机动力盘工备电源切换用时0.1 s。由高压班组对变压器进行绝缘测试，阻值合格。相关班组对外观、温升进行检查没有发现异常。之后检查瓦斯继电器和瓦斯端子箱未发现潮湿、结露等异常现象。对非电量保护的二次电缆进行绝缘测试，电缆对地及相间的绝缘合格。拆下保护装置开入板进行外观检查，也未发现击穿、短路等异常情况。

根据上述一、二次设备及回路相关试验检查均无异常后分析得出，11 号厂用变非电量1 开入信号27 ms 的脉冲信号应该是受到其他干扰引起的。1 号给粉机动力盘工备电源切换成功，但动力盘内全部给粉机跳闸的原因是给粉机变频器低电压穿越能力不好，不能满足“电压低于额定电压的90%～60%，必须保证5s 给粉机稳定运行，以渡过电压短时跌落；电压跌落低于额定电压的60%～20%，必须保证0.5s 的给粉机稳定运行，平稳渡过电压跌落”的行标要求。

2 原因分析

2.1 现场存在的干扰源

2.1.1 电缆电磁干扰

电磁感应是电气设备日常运行中最常见的现象，电缆电磁干扰也是设备运行中最可能发生的一类干扰。原理上来说，若电缆电流能往返形成回路，电磁场就能互相抵消，不产生干扰。但在实际施工中，往往同一电缆没有形成回路，只有一侧有电流，此时对周围电缆和设备就会产生无法忽略的影响。实际现场中，11 号厂用变保护装置所在的保护盘盘内还有3、4 号公用变及4 号厂低备用变保护装置运行。这些保护装置都在2016 年投入使用，受限于当时施工，部分电缆无屏蔽或屏蔽接地不良。且厂内电气设备用的控制直流电压是230 V，合分闸电流也在2A 左右，而11 号厂用变保护装置PST-693U 非电量开入的电压等级为24 V。这些电缆共同由10 m 单控室保护盘经由5.5 m 电缆夹层转接箱转接后，操作电缆进入母线室内开关柜，非电量电缆则进入变压器室瓦斯端子箱。电缆所经过的路径尤其是电缆夹层当中操作电缆数量很多。当大负荷设备进行操作时，强弱电之间会产生非常大的干扰现象，保护可能发生误动作。

2.1.2 变压器负荷干扰

11 号厂用变为6 kV Yyn0 接线的干式变压器。在实际运行中，由于低压侧接有很多转机和照明负载，其三相负荷并不平衡。当变压器空载运行时，产生的三相励磁涌流不会平衡，外部的磁场也不会为零，导致附近的瓦斯端子箱电缆也会受到一定的电磁干扰。

2.1.3 直流接地产生的干扰

直流系统中，正负极对地电容是相对平衡的。当其中一极接地时，该相电容放电，另一相电容充电，其脉冲宽度大约为10 ms，会对本回路及相邻设备造成影响。11 号厂用变保护装置使用约50 m 长的电缆采集非电量信号，且采用弱电开入，更易受长电缆分布电容影响导致误动。如果接引非电量开入的电缆一极绝缘下降造成正负极对地不平衡时，电压稍微偏移一些，就会使微机保护装置采集到不准确的开入量信号，也会对保护行为的正确性造成影响。

2.2 电气元件故障

对于保护装置内部电气元件故障导致的误动，如CPU 板、出口插件等损坏造成设备跳闸的情况，属于设备本身缺陷，无法完全避免。通过加强运行人员日常巡视，检修维护人员定期检修，保证保护装置的电源质量稳定可靠，安装环境的灰尘、振动、温湿度满足设备使用条件。此外也要购买相关设备的备品备件，对到达使用年限或固定期限的背板及时进行更换可以减少此类事故的发生。

2.3 一般的抗干扰措施及选择

根据抗干扰理论与《电网公司二十五项电网重大反事故措施》中继电保护及二次回路部分的要求，现场可采用的抗干扰措施有：（1）增加抗干扰电容；（2）选用屏蔽电缆；（3）增加延时；（4）采用动作功率大于5 W 的中间继电器。

对于本厂来说，增加抗干扰电容的方法不容易实现且不利于维护，会使现场环境复杂化。选用屏蔽电缆并在两侧将屏蔽层可靠接地，同时一根电缆内部的线芯禁止交、直流，强、弱电混用。这样可以大幅避免干扰及误动可能。但是随着保护装置及电缆的运行年限过长，或者运行环境较差，仍会有可能产生干扰及误动可能。为了增大抗干扰措施的可靠性，可以在非电量保护回路中加装大功率中间继电器。要使中间继电器动作，不仅动作电压要满足额定电压的50%～70%，而且动作时还要使触点接触可靠有力，即导通继电器线圈的能量应满足其动作所需的能量才行。按照现行反措要求，所有涉及直跳量的回路应采用动作功率不低于5 W 的中间继电器。实际情况下因扰动引起的功率突增远远达不到5 W 的要求。非电量保护（重瓦斯保护）作为变压器本体的主保护，一般不设延时。目前的220 V 直流中间继电器动作时间大约在25 ms 左右，算上保护装置固有时间和开关动作时间，约在60 ms 左右，若增加非电量保护延时，将使保护动作切断故障的时间过长，不利于系统安全稳定运行。综上，增加延时的方法不宜采用。检查厂非电量回路经过地点的实际情况后发现现场环境不具备条件加装中间继电器，因此采用加装光电隔离端子排的方法使强电和弱电区分隔开。

光电隔离一般由光的发射、光的接收及信号放大这三部分组成。输入电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出电信号。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出隔离的作用。由于光电隔离的输入和输出之间相互分隔开，且电信号传输具有单向性特点，因此拥有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

3 非电量保护的抗干扰试验及实际措施

3.1 非电量保护的抗干扰试验

厂用变压器的原理接线见图1。瓦斯继电器的常开接点（重瓦斯）经电缆送至厂用变保护盘相对应微机保护装置的非电量开入1 通道（24 V 电源）。非电量开入1 通道将接点信息转换成数字逻辑信号，再由该逻辑信号输出至出口跳闸继电器（220 V 电源），同时发送装置告警信号及光字牌信号（48 V 电源）。

图1 原回路

在保护盘内安装了一块光电隔离端子排，220 V直流经过瓦斯继电器接点至光电隔离端子排输入端，输出端接在保护装置24 V 非电量开入上，接线见图2。非电量开入位于保护装置CPU 插件上，实测端电压为23.13 V，电流很小忽略不计。

图2 增加光电隔离后回路

实验步骤如下：

（1）在光电隔离输入端从0 开始加直流电压（步长0.1 V）直至144.8 V，保护装置非电量1 动作，用数字表A 测得输出端电压为21.67 V。此时，输入端启动电压≥230V 的63.96%，输出端动作电压为24V 的 90.3%。

（2）在光电隔离输入端从0 突增电压直至144 V，保护装置非电量1 动作，用数字表A 测得输出端电压为21.04 V，电流为0.000 73 A。

（3）重复（2）步骤两次，得到两次电流分别为0.000 68 A、0.000 8 A，平均值为0.000 737 A。因为产生干扰时，电流往往都是突变，故采用21.04 V计算输出端非电量启动功率为0.015 5 W。

（4）更换数字表B 后重复（3）步骤，得到光电隔离端子排输入端电压为148.9 V、149.6 V，输入端电流为0.001 03 A、0.001 02 A。输出端电压为21.54 V、21.61 V，输出端电流稳定后为0.0003 3 A、0.0003 1 A。计算得输入端启动功率为0.1526mW，

输出端启动功率为0.0069 W。

3.2 试验现象分析

更换数字表A、B 前后两次试验所得到的输出端电流相差接近一倍，分析为数字表内部及表笔的内阻区别会对测量结果造成一定影响。但是由于测得的电流非常小，对于最终计算的输出功率影响不超过3 倍，与实际光电隔离回路隔离前后的功率差值作比较，影响可以忽略。

非电量保护回路串入光电隔离端子排后，非电量保护动作所需启动功率扩大了10 倍～20 倍，电压等级也提高了6 倍。考虑现场实际干扰达不到30 V，相邻操作电缆启停转机的电流干扰也很小。当直流正或负极经电阻接地或电缆绝缘下降，接地侧电阻由999 K 下降至25 K 以下时（直流绝缘监察装置发出接地告警信号），接地侧电压约为90 V，非接地侧电压经直流绝缘监察装置内部电桥平衡后最高可升至130 V，不满足光电隔离端子排输入端动作的电压条件，可以认为采用光电隔离端子排来防止干扰的措施有效。假设极端情况下，当直流正极或负极直接接地，即金属性接地时，接地侧电压为0，非接地侧电压会达到220 V 左右，此时无论采取何种措施都无法避免微机保护装置误动作。

3.3 实际措施

如图2 所示，在保护盘非电量1 保护回路中加装光电隔离端子排或大功率中间继电器并进行整组传动试验。利用设备检修时，定期对光电隔离端子排或大功率继电器进行检查或试验，以判断非电量跳闸回路的可靠性。

采用此型号保护装置的厂用变非电量跳闸电缆若不是屏蔽电缆或电缆屏蔽不好，则更换成屏蔽电缆，电缆屏蔽层在电缆两端可靠接地。同时排查电缆线芯，严禁交直流混用、强弱电混用。防止交流电压和电流串入直流回路，强电串入弱电回路。电缆纤芯相间及对地的绝缘应合格，否则会影响保护装置开入量信号采集的正确性。

检查非电量保护回路的防潮、防振及其他渗漏等密封性情况。如果条件允许，瓦斯继电器至保护柜的电缆应尽量减少中间转接环节，从瓦斯端子箱直接接入变压器保护屏。

4 结论

通过试验和分析表明，对于采用如24 V、48 V弱电的非电量开入回路，在回路中串入光电隔离端子排，可以极大程度减小现场环境对于厂用变压器非电量保护回路的干扰，能有效解决厂用变压器非电量保护的误动问题。