陈强，曹钢，任江成
雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610000
[摘 要] 某大型水电站500kV开关站故障录波装置出现无故障开关量误启动问题，由于断路器分合闸辅助接点取至现地汇控柜，与故障录波装置距离较远，电源干扰通过对地电容耦合至故障录波电源侧，从而引发开关量误启动问题。通过分析得出故障录波装置误启动原因，得出解决方法，通过加装电源隔离处理干扰，在开关站故障录波装置上加装后效果良好。对其他电厂、变电站类似问题处理解决提供指导性建议。
[关键词] 故障录波；开关量误启动；电源干扰；电源隔离器
[]0 前言
某大型水电站共8台水轮发电机，单机容量为600MW,总装机容量为4800MW；500kV开关站采用3/2接线方式，共4条送出线路。共配置8套发变组故障录波装置和2套500kV开关站故障录波装置，均由武汉中元华电科技有限公司生产，型号分别为ZH-3B和ZH-5。自2012年12月投运至今，500kV 开关站两套故障录波装置多次发生无故障开关量误启动问题。
1 开关站故障录波装置采集信号
1.1 开关站故障录波装置硬件组成
500kV开关站故障录波装置硬件主要由6块开关量/模拟量输入板、12块CT/PT采集板件、1块信号输入板、1块ADSP板，1块CPU板和1块网络接口板组成，共采集了62路模拟量和110路开关量【1】。
1.2 开关站故障录波装置采集信号
500kV开关站第一套故障录波装置采集包括开关站第一、二串所有开关、线路、电抗器及500kV#I M的电压、电流模拟量，保护动作、开关分合位等开关量，以及主变洞开关站直流I M和II M的直流电压模拟量。500kV 开关站第二套故障录波装置采集包括开关站第三、四串所有开关、线路、及500kV#II M的电压、电流模拟量，保护动作、开关分合位等开关量。500kV开关站第一套故障录波装置的直流电源分别取自开关站直流馈电屏的I、II段QC129和QC229负荷开关，第二套故障录波装置的直流电源分别取自开关站直流馈电屏的I、II段QC131和QC231负荷开关，500kV开关站故障录波装置I段直流母线电源监视和II段直流母线电源监视分别取自开关站直流馈电屏的I、II段QC130和QC230负荷开关。
500kV开关站两套故障录波装置安装在开关站继保室内，可直接采集继保室内保护装置动作及异常开入信号，电缆接入距离短；开关站内500kV断路器分合信号从开关站现地控制屏内断路器本体分合辅助接点取得，电缆接入距离较长。
2 开关站故障录波装置开关量误启动现象
自2012年12月投运至今，500kV开关站第一套故障录波装置共发生了7次无故障开关量误启动事件，分别为2013年3月11日14点02分04秒（图1），2013年11月28日15点34分26秒（图2），2014年04月04日17点58分31秒(图3)，2015年01月20日14点48分19秒(图4)，2015年05月09日09点51分58秒(图5)，2015年05月09日09点52分11秒(图6)，2019年9月8日16点36分00秒（图7）故障波形分别如下：
图1 2013年3月11日第一套故障录波开关量误启动录波图
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图2 2013年11月28日第一套故障录波开关量误启动录波图
图3 2014年04月04日第一套故障录波开关量误启动录波图
图4 2015年01月20日第一套故障录波开关量误启动录波图
图5 2015年05月09日第一套故障录波开关量误启动录波图
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图6 2015年05月09日第一套故障录波开关量误启动录波图
图7 2019年9月8日第一套故障录波开关量误启动录波图
500kV GIS第二套故障录波装置共发生了两次开关量误启动事件，分别为2013年3月11日14点02分04秒（图8）和2013年06月30日09点36分24秒（图9），故障波形如下：
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图8 2013年3月11日第二套故障录波开关量误启动波形图
图9 2013年06月30日第二套故障录波装置开关量误启动波形图
500kV GIS第一套故障录波装置在正常运行时，开关量无误启动的波形图，分别取2019年07月01日15点25分03秒（图10）和2018年07月21日09点48分31秒（图9），作为参考波形图：
图10 2019年07月01日第一套故障录波装置正常运行波形图
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图11 2018年07月21日第一套故障录波装置正常运行波形图
3 开关站故障录波装置开关量误启动原因分析研究
结合500kV开关站第一、二套故障录波装置波形图（图1-图11），分析故障现象可知：500kV开关站第一、二套故障录波装置开关量误启动的均为开关分位信号，而保护动作信号均未发生误动；将开关量误启动波形（图1-图9）与正常波形（图10-11）对比，可以发现开关量误动时刻均伴随有开关站直流馈电屏的I、II母母线电压异常波动，I母母线电压波动有效值在24V左右（I、II母母线均有压时，500kV开关站第一、二套故障录波装置直流电源均取自I母母线电压），而正常运行时，I母母线电压波动有效值在2V左右，突变时刻开关站220V直流I M电压最大值达到了257V，直流II M最小值减小到了220V左右，所有开关量误启动的持续时间均在6-10毫秒左右，6-10毫秒后开关分位信号恢复正常。
从电路原理上分析，由于开关位置信号从现地汇控柜的辅助触点引出，属于机械类接点。从电路模型上看，类似开环的电路形式，从辅助触点到录波器输入端子之间的电缆在接点断开的情况下等效为输入馈线，如果此时有能量较强的干扰信号通过电缆耦合输入，在电缆输入两端产生振值超过154V尖脉冲，就可能引起录波器开关量判据启动。从波形数据上可见，直流电源波动的时间宽度集中在7毫秒，录波器开关量启动分辨率为0.1毫秒，故录波器能启动。保护装置输出给故障录波的动作信号，是采用的光耦电路型式和机械触点属于截然不同的电路型式，由于电路存在各种阻容元件，整个回路电路模型等效为闭环电路，抗干扰能力优于前者，故误启动的概率较低。
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图12 开关量电路原理图
对开关站220V直流系统进行了检查，开关量误启动期间，直流系统无任何操作，无浮充、均充转化的情况发生，也无影响直流系统电压波动的报警。对500kV开关站两套故障录波装置侧及相应开关现地汇控柜电缆屏蔽层进行了检查，电缆屏蔽层两端接地可靠。测量500kV开关站故障录波装置等电位铜排对总等电位接地铜排的直阻为0.1Ω，电缆对地电容与电源模块元件形成PLC串联电路，引起电源电压波动【2】。
综合上述分析发现均为开关位置状态信号误动，开关位置辅助接点从现地汇控柜接至继保室500kV 开关站故障录波装置之间的电缆较长，长电缆存在较大的对地电容，再通过直流系统接地点将电磁干扰耦合至500kV开关站故障录波装置直流电源侧，如果此时有能量较强的干扰信号，通过电缆耦合输入，就会引起故障录波装置开关量判据启动。从故障录波数据可知，直流电源异常波动的时间宽度集中在9毫秒左右，录波器开关量启动分辨率为 0.1 毫秒，因此故障录波装置能够启动。
在2013年3月11日，开关站直流I母母线发生接地故障，I母母线电压发生异常突变，两套故障录波装置同时启动，录波波形与其他误启动波形一致，均表现为开关分位开入。直流母线上突然窜入异常信号，导致故障录波装置检测到叠加异常信号后的直流输出，因故障录波装置对信号的采集分辨率达到了0.1ms，在直流发生突变的情况下，很容易受干扰启动。也佐证了电压波动引起的误启动。
为消除通过接地点耦合到故障录波电源前端的干扰或电压波动引起的干扰，计划采用外部直流系统与故障录波用的直流电源系统完全隔离的措施。
4 开关站故障录波装置开关量误启动解决思路
采取在开关量采集电路驱动电源前端，增加一个直流隔离电源，对输入的直流电源进行一次隔离，排除从电源端引入干扰造成故障录波装置开关量误启动。选择4号机机组检修时，在4号发变组故障录波装置开关量采集电路的驱动电源前端增加一个电源隔离器。通过模拟开关量采集电路的驱动电源对地电阻的变化，引起直流电源电压波动，验证从电源侧引入的干扰是否会造成故障录波装置开关量误启动的试验方案。
通过在4号机220V直流馈电分屏Ⅰ母上4号机组及主变故障录波柜直流电源测量开关QC115的2、4端子处，使用电阻箱模拟接地电阻变化，观察4号机220V直流馈电分屏上电压值、有无报警信号及4号发变组故障录波有无启动并做好记录。
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图13 机组故障录波装置增加电源隔离器原理图
通过试验发现，未安装电源隔离的故障录波装置在接地电阻达到25kΩ及以下时，会偶发性出现开关量误启动问题；安装电源隔离器后，正负极经变阻箱接地试验，模拟不同阻值的接地电阻接地，并重复试验均未再发生开关量误启动问题。
经试验验证加装电源隔离器后无误启动问题后，在500kV开关站故障录波装置上加装电源隔离器，加装后未再发生误启动问题，实施效果良好。
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图14 机组故障录波装置增加电源隔离器现场效果图
5 结论
长距离电缆分布电容与直流系统接地点会形成外部干扰信号的通路，在外部产生干扰信号源后会通过接地点形成通路，最终引起直流电源的波动，对抗干扰性较差的装置将造成误启动问题，如果无法缩短电缆长度，则可以采取隔离干扰的做法实现抗干扰目的。其他厂站如发生类似故障情况和现象，可参考本文进行分析判断故障原因。
[参 考 文 献]
[1] ZH-5故障录波装置技术说明书:
[2] 吕军蓉 电缆对地分布电容对控制回路的影响分析，电工技术，2020年03期
[作者简介]
陈强（1985-），2012年2月本科毕业于重庆大学电气工程及其自动化专业，现从事发电厂继电保护相关工作，最高学历为本科，工程师。