西门子光纤纵差保护器7SD6101误动作分析

2020-11-06李中鹤国家能源集团宁夏煤业公司煤制油分公司电气管理中心宁夏银川750411

化工管理 2020年30期

李中鹤(国家能源集团宁夏煤业公司煤制油分公司电气管理中心，宁夏银川 750411)

1 故障及回路简介

维护人员在对35/10kV变压器保护柜清灰时造成变压器高低压侧断路器跳闸。现场35/10kV变压器配置西门子光差保护器7SD6101-5BB49，根据报文分析，故障时刻光差保护器报“本差联跳”告警，其余综保均无任何异常信息；因本差保护器安装在变压器低压侧，无法直接实现联跳高压侧断路器功能，故将本差保护器动作节点作为光差保护器开入节点，当该节点闭合后通过光差保护器跳开高压侧断路器，现场接线如图1所示。

图1 现场接线

根据接线图，正常动作顺序：本差保护器动作后，其输出节点1X-F10,1X-F11闭合，光差保护器通过该节点将2X-F1(+)端子与2X-F5(-)端子导通，光差保护器发出动作指令。

2 故障分析

2.1 本差保护器动作

现场检查变压器本体无任何故障点，且本差保护器无任何保护动作记录，可排除本差保护器输出节点1X-F10,1X-F11动作可能性。

2.2 二次寄生回路干扰

检查控制回路，图1中，每个端子两侧接线均独立且与图纸一致，排除寄生回路干扰。

2.3 正负电导通

若将正电导入光差保护器2X-F5端子，可造成保护动作信号触发。

2.3.1 通过压板导入正电

经测量，保护柜正面所有压板均为负电，由图1可知，2X-F5端子为负电，将压板接入负电后不会造成内部元件电压发生改变。现场将压板互相短接测试，未造成光差保护器动作。

2.3.2 通过端子导入正电

光差保护器2X-F1端子、本差保护器1X-F11端子及保护柜内2RD1、1CD1端子均为正电端子，光差保护器2X-F5端子、本差保护器1X-F10端子及保护柜2RD7、1CD11端子均为负电端子，根据柜内端子布局，可能造成正负电源短接的端子组合有：(1)柜后端子1CD1，1CD11；(2)柜后端子2RD1，2RD7；(3)本差保护器端子1X-F10，1X-F11；(4)光差保护器端子2X-F1，2X-F5。

上述端子安装位置均在保护柜后，现场作业人员只对柜前设备进行清灰，未触及柜后设备，本次故障可排除柜后端子短接造成保护动作的可能性，但从原理上分析，柜后端子短接可以造成保护器误动作，且本差保护器1X-F10、1X-F11与光差保护器2X-F1、2X-F5两对端子位置相邻，极有可能形成短接，建议将两对端子用绝缘胶带封住。

2.4 静电及接地

根据光差保护器内部原理图可知(图2)，本次保护动作，其根本原因为内部光隔BI1动作；根据设计接线，F10通过直流屏引一路负电，作为所有开入节点的公共负电，F1通过直流屏引一路正电，作为所有外部开入节点的公共正电，正常情况下，外部节点闭合后光隔两侧产生DC220V压差，并形成闭合回路(示意图如图3)保护器动作。

图2 光差保护器内部原理图

图3 闭合回路示意图

从光隔工作原理分析，若要光隔动作，必须满足两个条件：一是光隔的两侧要构成闭合回路，二是有驱动能量；经与厂家沟通，当光隔压差大于88V，回路电流大于1.2mA，光隔翻转，且为双向导通。

2.4.1 接地原因

(1)理论分析。前文介绍，人员一直在保护柜正面作业，若由于接地原因导致保护器动作，只能通过柜前的压板接地。接地点确认后需要找到一条闭合回路，方能导致光隔翻转，光差保护器F1与F5之间有外部节点隔离且无其他寄生回路，故两点之间无法形成闭合回路。接地点(即压板)在F5侧，F10由直流屏供负电，直流屏绝缘监测仪电阻测量基于电桥原理(详见奥特迅微机直流绝缘监测仪原理，原理图如图4)，存在接地点，由此F10与F5之间便形成闭合回路，如图5。

图4 奥特迅微机直流绝缘监测仪原理图

图5 闭合回路示意图

当F5端子通过压板形成接地时，F5端子电压为0V且与地网导通，F10端子仍是直流屏负极电源，因直流屏内部经绝缘检测仪也存在接地点，故F5端子与F10端子经地网构成闭合回路；直流屏负极通过保护器内光隔接地，相当于经高阻接地，其接地侧(即F5侧)电压为0V，负极侧(即F10侧)电压略有降低，保护器光隔两端形成压差，造成光隔翻转，保护器动作，其动作原理如图6。

图6 保护器动作原理图

(2)模拟试验。压板直接接地：使用短接线将压板与接地端短接，光差保护器动作。串电阻接地：使用4.7kΩ电阻串联至压板与接地端之间，光差保护器动作，当串联至第8个电阻时，光差保护器未动作，试验数据如表1所示。

当串入电阻R≤32.45kΩ时保护器可靠动作，电阻R=32.45kΩ时测量电阻两端压降为-29.5V，当串入电阻R＞37.16kΩ保护器不动作，电阻R=37.16kΩ时测量电阻两端压降为-30.78V，由此计算回路电流当回路电流I≥0.9mA时保护器可靠动作；当回路电流I＜0.83mA时保护器不动作。

表1 光差保护器未动作试验数据

经人体接地：作业人员一手握住接地端，另一手碰触压板，光差保护器未动作。

使用潮湿的抹布接地：使用潮湿的抹布将压板与接地端短接，光差保护器动作。

使用干燥的抹布接地(材质分别为棉、丝绸、腈纶)将压板与接地端短接，光差保护器未动作。

将压板与柜体绝缘漆处短接，光差保护器未动作。

2.4.2 静电原因

静电试验：使用干燥的棉质、腈纶、丝绸抹布分别与柜面绝缘漆和柜体玻璃摩擦，然后快速碰触压板，光差保护器未动作。

从理论上分析，人员在擦拭柜体过程中由于身体带有静电，静电能量较大，当人员碰触到压板或接线端子时，并使其形成闭合回路后，可能造成保护器内光隔发生翻转，由于试验条件受限，此项未进行验证试验。

3 预防措施

基于上述分析，为防止人员作业过程中造成保护器误动作，应做到以下几点：(1)作业前人体应对地放电，且接触保护柜时应佩戴防静电手环；(2)应使用干燥的、绝缘良好的工器具进行作业，作业人员应带绝缘手套；(3)应将保护器端子用绝缘胶带封住，避免人员误碰；(4)投退压板时，必须单手操作，且应穿绝缘鞋，并站在绝缘垫上；(5)应将柜面人员易接触的位置涂上绝缘漆。