摘要：随着电力系统的快速发展，变电站二次设备面临越来越复杂的工作环境。为推进变电事业和整个电力系统的高效运营，保障二次设备的运行质量至关重要。文章依托工程实践，通过对二次设备受损插件板进行测试分析，阐述了变电站二次设备插件异常的原因所在，为以后此类问题的分析与处理提供参考借鉴。
关键词：电力系统；变电站；二次设备；插件
当今科技快速发展，人们对供电的需求越来越高，追求更加安全环保的供电设备。变电站作为电网传输电能中转的输出的中心，在电网的运行中着极其重要的作用。随着变电站在的作用的增强，电气二次设备的运行质量也受到行业内的高度重视。因为，它关系到变电站系统的合理运行，对电力事业的工作质量起着关键作用。然而，由于智能变电站继电保护二次设备中的智能终端、合并单元装置工作环境在室外高压设备区，相应的装置插件出现异常问题也比较多，这会影响其安全性，给电网运行带来风险。
1 插件异常现象及背景
2015年8月5日，在某220kV智能变电站现场工作的人员反馈，当日中午天气异常，雷雨伴随闪电，其中有一次闪电明显且闪电落在110kV设备区，随后发现110kVI母线智能终端、合并单元，110kV母联智能终端电源灯和运行灯都不亮。现场发现110kVI母PT合并单元WB-8610-AH、I母PT智能终端WB8600-BH、II母PT智能终端WB8300-00、母联智能终端WB8600-BH、779线路间隔智能终端WB8600-BH和WB8330-BH+TY2001、779线路间隔合并单元WB8600-BH多块装置插件损坏，部分插件板上可以观察到明显的器件损伤，疑似由雷击所致，但真正原因必须将换下的插件进行测试分析。
2 插件异常分析
2.1 WB8600-BH电源板异常分析
现场受损的4块WB8600-BH电源插件均为同一生产批次，插件编号分别为210212210d1d01m0、210212210d1d0850、210212210d1d03a0、210212210d1d03j0。
首先对受损四块电源插件板功能进行测试，发现了两种异常现象，一是3.3V电源对地短路分别为210212210d1d0850和210212210d1d01m0两块电源板；二是Q1三极管击穿短路，分别为210212210d1d03a0和210212210d1d03j0两块电源板。
（1）3.3V对地短路问题分析
两块电源板上电源模块5V和正负12V输出都正常，板上3.3V输出只有280mV，导致CPLD芯片不工作，所以装置电源灯不亮。
将5V转3.3V电源芯片取下，单独给插件供3.3V电源，发现CPLD芯片发烫，可以确定短路点在CPLD芯片内部。使用万用表二极管量程，测量CPLD芯片每一个引脚对GND和VCC的二极管特性，看是否存在引脚内部保护二极管过电击穿的情况。
插件编号为210212210d1d0850电源板测试情况如下：
插件编号为210212210d1d01m0电源板测试情况如下：
对VCC正常能量到0.772V左右电压的引脚，外接了4.7千欧的上拉电阻。由以上测试结果可以看出，两块电源模块上的CPLD芯片引脚内部对GND和VCC的防护二极管都存在过电击穿的现象。装置受雷击的时候，干扰经过总线板直接加在芯片引脚上，导致芯片异常。
（2）三极管Q1异常分析
两块异常的电源板上单板调试台进行测试，LVDS测试、电压测试、开入测试均通过，开出测试报RUN测试错误，如图1所示。两块板上控制RUN信号的三极管Q1都可以看到外壳炸裂的情况，三极管基极和集电极被击穿，如图2所示。
Q1三极管异常，装置会报装置异常信号。从三极管异常形貌上可以看出，器件瞬间受到了较大的冲击电压。
2.2 WB8610-BH电源板异常分析
异常电源板插件编号为210212229d3701u0。插件上电后无电压输出，检查发现电源端的水泥电阻阻值变为无穷大，呈开路状态，导致220V电源没有接入到电源模块。更换水泥电阻后上电，电源模块仍然无电压输出，更换电源模块后，电压输出正常，单板调试功能正常，问题定位为水泥电阻和电源模块异常。
水泥电阻在电源端，主要是防止上电时的瞬间冲击对电源模块造成损伤。测量电源模块上的器件，发现ZD2二极管被击穿。水泥电阻和电源模块的异常都是瞬间受到较大的冲击电压或电流造成。
2.3 WB8300-00板异常分析
异常WB8300-00插件编号为210212212d3402j0。板上没有器件有明显的烧毁痕迹。上单板调试台，报LVDS测试错误，板上3.3V电源正常，应为CPLD芯片故障。测量CPLD芯片每一个引脚对GND和VCC的二极管特性，看是否存在引脚内部保护二极管过电击穿的情况，测试结果如下：
对VCC正常能量到0.772V左右电压的引脚，外接了4.7千欧的上拉电阻。从以上测试可以看出，CPLD多个引脚对GND和VCC的防护二极管有漏电现象，芯片内部有损伤。装置受雷击的时候，干扰经过总线板直接加在芯片引脚上，导致芯片异常。
2.4 WB8330-BH板异常分析
受损异常的WB8330-BH插件板编号为210212227d3m05t0，板上可以明显观察到器件烧毁的痕迹，如图3画圈标识位置。连接信号地和数字地的L1电感烧毁，OP17光耦外壳炸裂，CPLD芯片外壳也有炸裂情况。
经测试，OP17至OP24光耦都有异常，板上3.3V电源和5V电源对地都有短路现象，3.3V对地短路是由于CPLD芯片内部烧毁，引脚对GND和VCC的防护二极管过电击穿，5V电源对地短路是因为AMS1117芯片输入引脚（5V）和输出引脚（3.3V）短路导致。
从电感、光耦和CPLD芯片的异常形貌上来看，都是受到了瞬间的大电压或电流冲击导致。
3 结束语
总之，在电力系统中，二次设备运行的可靠性和抗干扰性至关重要。文章结合实际案例，针对变电站二次设备出现的异常问题进行了研究分析，指出了其问题发生的原因，对此类问题的彻底查清为下一步处理或避免类似的情况发生提供了技术支持，同时为智能变电站的安全运行积累经验。
参考文献：
[1]吴涛.智能变电站二次设备调试问题及改进[J]. 低碳世界，2016（13）：38-39.
[2]潘秋明，赵艳.变电站二次设备状态检修问题探讨[J].中国新技术新产品，2013（3）：184-184.
论文作者:陈国良
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/11
标签：异常论文; 插件论文; 变电站论文; 芯片论文; 电源论文; 引脚论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第24期论文;