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          关于广电总局2023电台微机保护装置故障动作的原因分析
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                  案例简介:国家新闻出版广电总局2023电台自2011年3月至2014年3月发生多次故障动作,除该变电站投运前瑞科派工程技术人员到现场配合调试外,在发生故障动作期间亦派工程技术员于2012年和2013年到现场进行了两次技术诊断分析和换件处理。现就现场故障动作归纳整理,初步分析如下:

                  一、装置正式送电投运前的不良存储导致装置内部芯片主板相关插按件性能下降,导致装置异常。

                  据了解,2023电台该批保护装置是2009年9月出厂,而现场拆开关柜包装时间是2010年6月,随高压开关柜运抵现场后,露天存放时间较长,对电子产品类的微机保护装置没有适当的安善存放。在未投运期间,没有妥善库存的随柜微机保护装置,由于受到海边空气盐雾、高温和施工现场灰尘超标等环境因素的影响,致使微机保护装置中芯片主板中SST39SF020A芯片与PLCC44针的座子等变形较大,接触不良和芯片本体性能下降,从而影响了该批微机保护装置的性能。

                  虽然针对PCB板喷涂有合格的“三防”油漆,但需要导电的插接片是不能外敷三防油漆。因此,不良的储存措施对微机保护装置的影响就非常明显。据我公司历年统计,因仓储条件不合格而导致微机保护装置内部芯片导电插按件受控的工程,大多发生在盐雾重、化学污染重和空气潮湿的工程现场。例如海南三亚海军基地,越南雄伟水电站。

                  二、发生瞬时故障

                  电缆或架空线路发生各种瞬时故障,导致过流故障动作或线路短路故障动作(包括大电阻接地短路故障)。此类故障跳闸与保护装置的正常保护动作。这类瞬时故障发生的原因有几类:

                  1、户外架空线路发生的因鸟类、树枝或大风导致的短时碰撞而发生瞬时短路故障。由雷电引起的绝缘子表面闪络、线路对树枝放电、大风引起的短时碰线、通过鸟类身体的放电等原因引起的短路。这类故障由继电器保护动作断开电源后,故障点的电弧自行熄灭、绝缘强度重新恢复,故障自行消除,此时,若重新合上线路断路器,就能恢复正常供电。

                  瞬时性故障到底是跳Ⅰ段保护还是Ⅱ段是要看具体故障点的距离,一段保护只能保护本线路全长的50%至80%,二段保护可以保护本线路的全长并伸入下段线路,Ⅰ段与Ⅱ段的整定电流值也不同,不对称故障都会产生零序分量,零序保护动作。要看此瞬时性故障是否对称而言这类短障一般都是短路电流大,速断动作故障,故障因素会快速消除,不影响重合闸送电。

                  2、盐雾闪烁等瞬时短路故障,这类故障大多是短路电阻大,一般容易导致二段等过流动作。

                  3、电缆头或电缆绝缘薄弱点放电等瞬时短路故障。这类故障也多是短路电阻大的瞬时故障,一般容易导致二段等过流动作。

                  三、变压器励磁涌流导致的动作跳闸故障。

                  受励磁电压的影响,即只要系统电压一有变动,励磁电压受到影响,就会产生励磁涌流。

                  当合上断路器给变压器充电时,有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大,然后很快返回到正常的空载电流值,这个冲击电流通常称之为励磁涌流。

                  当励磁电流大小达到或超过保护整定值时,保护装置将动作,此类故障动作为保护装置的正常保护动作。

                  励磁涌流特点如下:

                  1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波),因此,励磁涌流的变化曲线为尖顶波。

                  2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关,饱和越深,电抗越小,衰减越快。因此,在开始瞬间衰减很快,以后逐渐减慢,经0.5~1s后其值不超过(0.25~0.5)In。

                  3)一般情况下,变压器容量越大,衰减的持续时间越长,但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

                  4)励磁涌流的数值很大,最大可达额定电流的8~10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时,其速断可按变压器励磁电流来整定。

                  变压器的励磁涌流的危害

                  A.励磁涌流引发变压器的保护装置误动作,使变压器的投运频频失败;

                  B.变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增,诱发变压器保护误动作,使变压器各侧全部停电,带不上负荷;

                  C.变压器投产生的励磁涌流,将诱发邻近其他电站等正在运行的变压器产生励磁涌流而误跳闸,造成大面积停电;

                  D.数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损;

                  E.励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率;

                  F.励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。

                  四、长电缆感应的容性电流导致的动作跳闸故障。

                  电缆长度越长等值电容分布越大,就会具有越大的放电容量。等值电容越大,控制电缆就会越长,电容具有越长的放电时间,电阻回路就越小,则电流衰减速度也就更加缓慢。

                  当容性电流大小达到或超过保护整定值时,保护装置将动作,此类故障为保护装置的正常动作。

                  预防措施:

                  1.设备到现场存储条件应符合要求,若不能及时投运,应将产品及时通电,保持产品在干燥环境运行。

                  2.运行人员定期巡视,使用酒精清理主板座子上的灰尘与盐雾等,尤其是芯片座子的检查,尽可能减少故障的发生。

                  更换为新的芯片主板。现在我公司现在出厂的产品(含装置主板)均已采用此类不带座子的贴片式芯片,减少裸露的接触点。此类新型芯片自身抗干扰与环境适应能力均有提高。

                  3.避免励磁涌流影响的措施

                  3.1控制三相断路器合闸时间削弱励磁涌流

                  变压器磁通在合闸电压角为0°时,磁通为最大值,此时励磁涌流也达到最大值。在合闸电压角为90°时(即电压峰值时)合闸,磁通最小,励磁电流也最小,一般不超过额定电流的2%-10%。因此,可在合闸角为90°(即电压峰值时)时合闸,来消弱励磁涌流。经仿真计算可知,合闸时间分散度为0.5ms 的情况下,励磁涌流的幅值与三相随机合闸相比,减少了94.4%。随着控制开关合闸时间技术的不断发展,此种方法是最易实现的方法。

                  3.2 修改保护整定值躲开励磁涌流。

                  4.加强一次设备与外部输电线路的巡视,防止外来因素的干扰。

                  5.对于控制电缆的分布电容来说,第一,要尽可能将二次电缆的长度控制在一定长度范围内,原则上不宜超过400m。第二,不同用途的电缆应分开布置,以减少分布电容效应。另外,可以通过光纤通道传送跳闸信号,以消除电缆的分布电容效应(已在智能化变电站中实现)。

                  由于变电站基建完成后,二次电缆长度也随之确定下来,基本上不可改变,因此要改变电缆对地分布电容值的大小是比较困难的。另一个有效的防范措施是提高光耦或继电器的动作电压。具体的实施办法是对重要的开入或出口回路加装大功率中间继电器,并保证中间继电器动作时间小于20ms。只要选择合适的动作功率,就完全可以防止保护装置误开入、误动作的发生。

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