某110kV变电站误合中性点刀闸及误调档缺陷分析处理

某110kV变电站误合中性点刀闸及误调档缺陷分析处理

黄沛亮

（广东电网有限责任公司东莞供电局东莞523000）

摘要：110kV某变电站#2主变测控装置使用长园深瑞继保自动化有限公司的ISA-341E测控装置，运行过程中在没有任何人操作的情况下自动降档和合上了12000刀闸。针对该缺陷本人对装置里的各个插件进行了测试并作了详细的分析，找到了问题所在，提出了解决方法及后续对同类型测控的整改建义。

关键词：测控装置；闩锁效应；插件测试

0引言

测控装置在变电站中起着至关重要的作用，它承担着数据采集、处理，对断路器、隔离开关进行控制及防误闭锁等重要任务，并可将获取的现场数据信息上送给变电站监控装置或调度，供其进行各种分析决策。同时变电站或调度亦可通过测控装置对断路器、隔离开关等设备进行分、合操作，利用测控装置还可对有载调压变压器进行调压，电容器投、退，同期合闸数据运算和判断并实现其控制。

2017年7月3日，某110kV变电站#2主变在无人作任何操作的情况下发生12000中性点接地刀闸误合闸、档位误降档情况，运行人员接报后到现场进行检查处理。经查，测控装置ISA-341E（版本V5.34）在7月3号早上7点06分19秒发生掉电情况，6分23秒自动恢复，6分25秒中性点刀闸12000自动合上，06分42秒档位自动由5档降为4档，运行人员更换CPU板、电源模块及出口板，并做相关试验合格后装置恢复正常运行。运行人员发现原CPU板有芯片烧毁迹象，并将换下的插件带回公司进行测试分析，查找具体原因。

1插件测试

现场带回1块WB320ACPU板，1块WB332-2开出板，1块电源模块。将3块插件组装成整机上电进行测试，装置运行正常。测量WB332-2开出板节点，没有闭合的情况。使用装置开出调试功能，逐一遥控通道00——09继电器闭合，同时测量WB332-2开出板对应继电器节点闭合情况，功能测试正常，测量电源模块电压输出情况如下表1，5V和正负15V电压输出在精度范围内，现场故障现象不重现。

表1电源模块电压输出情况

现场带回WB320ACPU板上U27位号的74HC244芯片有明显的烧毁痕迹，芯片封装外壳炸裂，如下图1所示：

图1WB320A板上U27位号74HC244芯片烧毁

图2U27位号74HC244烧毁局部放大

2原理分析

从U27位号74HC244芯片烧毁局部放大照片图2可以看出，烧毁最严重的两个引脚分别接的是VCC和GND，应该是芯片发生了闩锁效应，这是CMOS器件特有的失效模式。闩锁效应是指CMOS器件所固有的寄生双极晶体管被触发导通，在电源和地之间存在一个低阻通路，大电流，导致电路无法正常工作，甚至烧毁电路。VCC与GND短路形成大电流，导致VCC被拉低或者触发电源模块输出保护，装置复位，若短路点还在，装置会继续复位，直至短路点过热开路后才恢复正常运行，所以在后台记录里面可以看到两次装置异常动作返回的记录，装置异常掉电是U27芯片烧毁导致，并非电源模块的问题。

图3WB320A控制型号原理图

图4WB332-2开出信号回路原理图

如图3、图4所示，WB320A板上控制继电器的控制型号由板上CPU输出，经过U27和U28位号74HC244驱动芯片后输出给WB332-2板上74HC138芯片进行译码，控制继电器节点闭合。WB320A上U27和U28输出信号与WB332-2板上的信号对应关系见表2：

表2WB320A板上U27和U28输出信号与WB332-2板上信号对应关系

ELCDON信号控制液晶对比度；ELCDBL信号控制液晶背光亮灭，U27失效会对这两个信号产生影响，所以现场排查问题时装置液晶背光无法点亮，如上表2所示，U27芯片烧毁失效只会影响液晶背光和WB332-2上138芯片的使能信号，失效后这些信号上拉至高电平，138芯片不再响应CPU发过来的信号，并且TRIP1-TRIP14继电器控制信号也是上拉至高电平，不会出现误出口的情况。

根据现场白图，见图5，#2主变档位由5变4,12000中性点地刀合闸，对应的YTJ1和YKM05节点闭合，两个继电器动作，而需要这两个继电器动作U27和U28上信号需要如下变化，见图6：

所以，如果是芯片失效导致误出口，必须是U27和U28两个芯片同时出异常才会出现这种情况。

根据现场带回的WB320A板U27芯片可以看到明显的烧毁痕迹，U28看不出异常，将板件拿到XRAY下观察，可以发现U27和U28芯片都发生了失效，如下图8所示，U27芯片第18/19/20引脚金线烧断，19脚（GND）和20脚（VCC）烧毁最严重；如下图10所示，U28芯片第10引脚（GND）金线烧断。

由此可以推测，U27和U28在发生失效过程中，有部分控制信号被拉低，就出现了YTJ1和YKM05继电器闭合，导致#2主变档位降档和12000中性点地刀合闸。失效完结后，信号被上拉电阻拉高，恢复正常。

芯片在发生失效后，7月9日还可以遥控分闸，厂内做实验每一路继电器可以遥控合闸，芯片还能正常工作，测量控制信号能正常变位，这种异常现象推测是烧毁的过程中，金线碳化，留下了通电回路，所以芯片还能正常工作。

以上分析过程可以确认，带回的电源模块和WB332-2板件功能正常，现场装置异常上下电和出口合闸，是因为WB320ACPU板上U27和U28芯片失效导致，失效模式是闩锁失效，失效CPU板是05年01月生产的插件，现场已运行10年以上，定位为芯片老化失效。

3结论及后续措施

经分析，CPU板WB320A上芯片失效属元器件芯片老化失效问题，通过更换备件后所有功能均可恢复正常。电子产品属于易耗产品，在当前电网运行对可靠性要求越来越高，考核越来越严格的情况下，为了现场测控装置（不限于测控装置）的可靠稳定运行，建议对到达规范要求运行年限而又不能整体改造的二次设备，运维人员应未雨绸谋，主动对装置的重要原件进行更换，防止事故发生。

参考文献：

【1】长园深瑞继保自动化有限公司．ISA-341E装置说明书【Z】.

【2】黄益庄．变电站综合自动化技术【M】．北京：中国电力出版社，2000

【3】汪敬华．电子技术【M】．北京：清华大学出版社，2011

【2】张丽娜．单片机原理及应用【M】．武汉：华中科技大学出版社

作者简介：黄沛亮（1977），男，广东电网有限责任公司东莞供电局，高级工程师，主要研究方向为电力系统自动化。