继电保护装置电源插件改进措施

黄阳岗，李煜亮，张 贝，廖金国

（长沙供电公司，湖南长沙 410000）

0 引言

近年来，随着继电保护装置运行年限的延长，设备老化加速，装置插件尤其是电源插件损坏现象越发严重。电源插件故障会直接造成保护装置无法正常工作，严重威胁电网的安全稳定运行。因此，深入研究继电保护装置电源插件故障发生原因，并结合实际提出合理的预防或解决措施，对提高继电保护装置的运行水平、确保电力系统的稳定运行等十分重要。

1 继电保护装置电源插件损坏情况分析

对某供电公司继电保护专业的缺陷进行统计分析，2014－2016年期间的继电保护装置电源插件损坏情况如表1所示。从表1可见，该供电公司电源插件缺陷占总缺陷的比例和电源插件占损坏总插件的比例呈逐年上升趋势，且电源插件占损坏总插件比例40%左右，可见电源插件故障已成为阻碍电网安全稳定运行的重要因素，因此很有必要对电源插件工作原理及损坏原因进行分析。

对上述数据进一步分析，近3年继电保护装置电源插件损坏共67块，其中在高压室内运行损坏的共35块，占损坏电源插件的52.23%；在主控室内运行损坏的共32块，占损坏电源插件的47.75%，由此可见，针对运行年限较长且损坏的电源插件来说，其使用寿命与运行环境相关。

表1 某供电公司电源插件损坏缺陷情况

2 继电保护装置电源插件工作原理及损坏原因

继电保护装置的硬件构成如图1所示。电源插件是继电保护装置正常工作的硬件基础，其将AC/DC 220 V电压转换为24 V，±15 V，5 V等电压，为其他插件提供工作电压。其中24 V为继电器工作电压，也为装置提供24 V开入电压；±15 V是装置模拟电路部分（A/D采样回路）的工作电压；5 V为装置CPU，RAM和通信模块等芯片提供工作电压。上述任何一路电压若存在问题，继电保护装置将不能正常工作。结合实践来说，造成继电保护装置电源插件损坏的原因包括电子元件损坏、直流逆变开关电源。

图1 继电保护装置硬件构成

2.1 电子元件损坏分析

从图1可以看出，电源插件主要由控制单元、变压器、半导体开关等电子元件构成，故这些电子元件是否具备良好的工作性能直接关系到电源插件本身工作的质量。从相关试验结果与分析情况来看，电容器、三极管和二极管是导致电源插件损坏的主要电子元件。

（1）电容损坏。电源插件电路中所含有的电容主要是铝电解电容器，其主要作用在于对输入、输出回路上的信息进行滤波与调谐处理。若铝电解电容发生损坏，则会导致电源插件无法起振，不能输出电压；若输出电压滤波处理效果不好，则会降低电压的稳定性，进而造成电路逻辑混乱。而造成电容损坏的因素包括工作电源质量、运行环境及温度和选材质量。

（2）三极管损坏。三极管的作用是利用基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，故在实际使用中，回路上过流是导致三极管损坏的主要原因。

2.2 直流逆变开关电源

直流220kV或110kV电压经抗干扰滤波后输入，插件则输出 4组直流电压，即+5 V，+15 V，－15 V，24 V，这 4 组电压均采用浮地方式，即同外壳不相连。继电保护装置的特殊性要求3种输出电压需满足一定的时序关系，电源开关上电时，5 V建立时序应先于24 V约30～60 ms，关机调电时5 V消失时间应滞后于24 V约30～60 ms。电源的3种输电电压时序关系紊乱是导致保护误动的一个主要原因，之前诸多事故均是由于电源工作不稳定而导致CPU工作混乱引起。据有关调查显示，电源插件常会出现以下故障现象：部分电压无输出或输出不稳定；掉电后再开机，电源不启动；电源内部烧坏等。经过进一步检查后发现，造成电源插件损坏的原因包括电解电容老化、损坏；过压保护用芯片及电源控制用芯片损坏；PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）板损坏。

3 电源插件损坏故障应采取的措施

继电保护装置所处的工作环境较为恶劣，特别是在过流、强电磁干扰、高温等不利因素的影响下，继电保护电源插件发生故障的几率较大，究其根本原因在于产品质量问题，故为了确保继电保护装置安全运行的水平，应选择高质量的产品。综合所述造成继电保护装置电源插件损坏故障的原因，认为可从以下方面入手。

3.1 防止变电站二次系统内出现过电压

防止在变电站二次系统内出现过电压是提高电源插件安全运行的重要措施，雷电波侵入或操作过电压是导致继电保护装置内出现过电压的主要原因。针对雷电侵入这一原因，可通过在变电站内安装交、直流防雷装置的措施予以解决；针对操作过电压这一原因，可通过调整保护装置电源开关的方法予以解决，具体内容为：在关闭继电保护装置时，先断开装置上的电源开关，再断开保护屏上的电源空气小开关；在打开继电保护装置时，先合上保护屏上的电源空气小开关，再合上装置上的电源开关。

3.2 定期更换继电保护装置的电源

继电保护装置的运行时限也是影响电源插件质量的主要因素，一般情况下，装置的运行时限越长，电源插件的使用寿命及运行稳定性就较小，《国网公司十八项反技术措施（2012年版）》第15.5.2条规定：“配置足够的保护备品、备件，缩短继电保护缺陷处理时间，微机保护装置的开关电源模件宜在运行6年后予以更换”。为了保证继电保护装置运行的质量，需严格按照标准对电源插件进行更换，以改善运行年限对装置造成的影响。

3.3 加强继电保护装置运行环境监测与整治

通常情况下，运行环境温度越低，电源插件的使用寿命就越长、运行稳定性就越强。《微机继电保护装置运行管理规程DLT 587—2007》第3.7条要求对于安装在开关柜中10kV～66kV微机继电保护装置，要求环境温度在－5～45℃，最大相对湿度不应超过95%。微机继电保护装置室内月最大相对湿度不应超过75%，应防止灰尘和不良气体侵入。微机继电保护装置室内环境温度应在5～30℃，若超过此范围应装设空调。因此，为了减少运行环境因素对电源插件所造成的影响，需加强继电保护运行环境监测与整治，针对变电站内继电保护装置运行环境温度无法满足要求的，及时督促运维单位对站内空调等进行维修或更换，尽可能为电源插件的稳定运行创造良好的环境条件。

3.4 选择高质量的设备生产厂家

保护装置制造厂家应对电源插件予以重视，选择高质量的电源插件生产厂家供货，把好质量关，完善出厂前对电源的各种测试。针对电解电容、控制芯片等一些易损坏的元器件，一定要落实质量检验工作；特别是启动电容，应按照规定采用开关电源专用的低阻抗、长寿命、耐高温电容。

4 案例分析

4.1 基本情况

2017年某供电公司二次专业人员在某变电站专业化巡视中发现低周减载装置UFV－202A运行灯不亮、装置面板数据显示异常。经过检查分析处理后发现，该装置电源插件损坏，其5 V输出电压存在异常，进一步检查后发现电源插件并联在5 V输出端的2个电容鼓炸裂（图2）。

4.2 处理经过

检查人员在检查发现异常后，咨询厂家初步判断是CPU插件造成的问题，故决定更换CPU插件来解决，但更换后发现装置故障并未消除。待工作人员将电源插件拆下后，经检测电源插件后发现，5 V输电电压存在异常，输出的电压值略小。进一步检查发现，电源插件并联在5 V输出端的2个电容鼓炸裂，这一现象可能是由电解电容损坏造成的，从而造成装置内部插件芯片及数字处理器供电故障，最终导致装置数据显示不正常，更换损坏的电容后装置恢复正常。

图2 损坏电源插件电解电容鼓裂

4.3 改进措施

（1）加强同型号、同批次设备的巡视及排查，对缺陷情况进行统计分析，加强监管。

（2）加强备品、备件管理，保证装置备品插件充足，减少装置退运时间，提高供电可靠性。

（3）检修人员应提高装置故障分析能力。当装置运行灯不亮、装置显示不正常时，要对装置的各个插件进行分析，找出装置异常的真正原因。在插件问题不大、不更换插件的前提下，尽可能修理插件，找出插件存在的问题，以节约成本。

5 结语

电源插件是继电保护装置不可或缺的重要组成部分，其运行状况直接影响着继电保护装置能否正常工作。继电保护装置电源插件的频繁损坏是当前继电保护的一个突出问题，对继电保护装置电源插件损坏情况、工作机理、损坏原因进行了分析，并结合案例对继电保护装置电源插件提供了可行的改进措施。一方面需注重电源插件的运行维护，改善运行环境，按照相关规程规范要求及时进行更换，另一方面需严把电源插件质量关，制造部门应对电源予以足够重视，采用高质量的优质产品，在相关参数上留有足够的裕度，注重产品的长期性和稳定性。