二极管反向击穿引发的主变保护误动分析

丁超前， 汪晓彤

(国网合肥供电公司， 安徽　合肥　230022)

1　事故前运行方式

110kV某变电站事故前现场运行方式为：变电站为110kV扩大内桥接线方式，110kV 102开关检修，由103开关经分段二200开关带110kV #2主变运行，110kV备自投1、2装置停用。#1主变带10kV Ⅰ母运行，#2主变带10kV ⅡA、10kV ⅡB母运行，#3主变带10kV Ⅲ母运行。该变电站主接线图如图1所示：

2　故障简介及事故后处理概况

2017年7月22日1点49分20秒，10kV人防高分20线路发生AB相间短路故障，20开关保护过流Ⅰ段动作跳闸。同时，该变电站110kV分段二200开关跳闸，低压侧10kV一分支02A后备保护显示启动，且110kV #2主变所有保护无任何跳闸信息。200开关跳开后，10kV备自投1、2正确动作，跳开02A、02B开关，合上00、10开关。

该变电站110kV #2主变低压侧10kV一分支02A后备保护软件版本为 V2.25_4422，该版本程序的保护无突变量启动，只有过流启动，所有投入的保护中最小的定值作为过流启动的门槛。#2主变低压侧10kV一分支02A后备保护共投入两段过流保护，其中过流Ⅰ段电流定值为11A，过流Ⅱ段电流定值为8A，因此过流Ⅱ段定值8A为10kV一分支02A后备保护的启动门槛[1]。10kV人防高分20线路发生AB相间短路故障时，110kV #2主变低压侧10kV一分支02A开关二次侧感受到的故障电流值为9.5A，大于过流启动门槛8A，因此#2主变低压侧10kV一分支02A后备保护启动条件满足。

7月23日上午，现场102、100、200、02A、02B、20开关转冷备用。保护人员对110kV备自投1、2，10kV 20开关保护均进行了检查，110kV备自投1、2，10kV人防高分20开关保护装置、200开关柜等有关设备均检查正常，二次回路绝缘良好，且未发现二次回路存在寄生回路现象。保护人员对110kV #2主变低压侧一分支后备保护进行试验时发现，保护装置02A开关二次电流值一经启动且达到复压过流Ⅱ段定值8A，立刻出口跳200开关。此时故障时间未达到复压过流Ⅱ段时间定值1.5S(模拟故障时间仅0.2S)，且该后备保护无任何动作跳闸信息。

3　原因分析

国电南自厂家技术人员把10kV一分支02A后备保护CPU插件带回厂家进行检测，发现该CPU插件中的VF3 二极管(如图2中的红色箭头所指)已经反向击穿损坏了。

图2　损坏的CPU板正视图

图3为CPU板开出回路原理图，从图中看到，当某出口位(TPU1 对应第一位出口位即启动位，此位开出驱动启动继电器，启动继电器动作后会开放出口继电器的-24V 电源；TPU2 对应第二位出口位；TPU3 对应第三位出口位)开出后，对应光耦导通，+24V 通过 VOx(x=1、 2、 3.....)二极管驱动对应的出口继电器(即接通该继电器+24V 电源)，同时通过 VFx 二极管反馈到 CPU 用于回路自检(且所有开出回路经过 VFx 后连接在一起反馈到 CPU，即图中所有DIF均是连接在一起的)。现场装置的K3对应Trip出口板背板端子的9～10、11～12接点作为高压侧分段200开关出口跳闸用，所以低一分支02A后备保护在本次故障发生时，感受到的二次故障电流(9.5A)大于启动门槛(8A)，使得启动继电器节点闭合，然后恰恰因为VF3二极管击穿，因此+24V电平除了通过VO1驱动启动继电器外，还依次通过VF1→VF3→VO3驱动跳高压侧分段200出口继电器，跳开高压侧分段200开关。

图3　CPU 板出口回路原理图

4　解决办法

7月23日，现场继电保护人员把已经损坏了的#2主变低压侧一分支后备保护CPU插件更换为一块新的CPU插件后，对#2主变所有保护均进行保护定值、逻辑及整组传动试验后，装置动作一切正常。

5　总结

在本次事故发生后，某公司继电保护相关管理部门立即组织召开了事故分析会，大家一致认为在正常运行方式的情况下：110kV #2主变高压侧102开关运行，110kV分段一100开关或分段二200开关处于分闸位置的情况下，倘若发生出口监视回路二极管VF3击穿导致损坏的情况，#2主变低压侧一分支后备保护既无法发出任何监视告警信息，也不会导致误动跳闸行为，然而却在#2主变低压侧后备保护装置硬件中埋下一个隐患。鉴于这种因装置硬件中的某一个非核心零部件损坏的极小概率问题，作为继电保护专业人员只能寄希望于制造商生产的硬件设备制造工艺精良、质量有保证。同时在基建验收或者保护装置例行校验工作中进行全面细致的校验，模拟一次设备在各种运行方式下保护装置的整组传动试验均正确无误[2]。另外通过对保护装置的动作报文、后台信息、压板校验及一次设备动作行为的一一对应等信息来保障保护装置及所有二次回路的正确无误，杜绝保护设备投运后存在任何隐患。

参考文献：

[1] 南京国电南自电网自动化有限公司.PSL-1204C主变保护说明书[Z].2006.

[2] 张鹏.探讨电力系统继电保护动作中的故障[J].通讯世界，2017(1):91-92+10.