趙永生,莊洪波

(湖南省電力公司試驗研究院,湖南長沙 410007)

電廠或變電站的電氣繼電保護、安全自動裝置和斷路器控制回路都是采用直流電源供電,直流回路分布廣、數(shù)量多。在電廠或變電站,常常出現(xiàn)運行與基建施工、設(shè)備改造同時并存,由于工作不慎,極易造成交流電源串入直流回路。由于直流回路存在分布電容,可能出現(xiàn)交流電源經(jīng)分布電容起動相應(yīng)繼電器,導(dǎo)致多臺斷路器同時跳閘或合閘,造成極其嚴重的事故。

1 湘潭電廠 500 kV升壓站斷路器全部跳閘事故

1.1 事故經(jīng)過

2006-03-16T09∶43,湘潭電廠 500 kV 5011,5012,5022斷路器同時跳閘,500 kV開關(guān)站全站失壓,3號主變及 3號機組廠用電、4號主變失電。當(dāng)時 3號機未開機,4號機未投產(chǎn),湘云Ⅰ線5012、湘云Ⅱ線 5022負荷很小,2條線路帶 3號機組部分廠用負荷運行。

事故發(fā)生后,所有保護均無動作信號,斷路器保護記錄中有多次 “斷路器保護啟動,斷路器保護復(fù)歸”記錄,斷路器操作箱第 1組跳閘紅色信號燈和第 2組跳閘紅色信號燈均亮。從錄波圖看,當(dāng)時電流、電壓無任何異常,亦無保護動作啟動錄波的開關(guān)量記錄。

據(jù)運行人員反映,當(dāng)時曾聽到 3個斷路器操作箱內(nèi)繼電器高頻率異常響動。

1.2 現(xiàn)場試驗檢查

3個斷路器同時跳閘,對 3/2主接線來說,沒有哪個保護可以做到,實際上也沒有保護動作信號。

對回路進行了全部清理檢查,發(fā)現(xiàn)有 1個端子接線錯誤,即 5022斷路器保護柜的 101b(Ⅱ路電源 +)本應(yīng)接到 4D8端子,但實際接到了備用端子 BD8,然后通過短接線引至 4D8;而南自廠家根據(jù)設(shè)計院的修改圖,也將送至3號發(fā)變組的 “5022斷路器保護動作聯(lián)跳”回路在 BD8端子上中轉(zhuǎn)了一下。這樣,導(dǎo)致主廠房內(nèi)發(fā)變組保護的直流 +與網(wǎng)控直流 +并列運行。

升壓站設(shè)備都在運行狀態(tài),沒有人施工;但主場房有大量的施工作業(yè),極有可能將交流電源串入直流電源回路中。

將交流電源火線經(jīng)調(diào)壓器接入直流 +極,零線接地。調(diào)節(jié)調(diào)壓器,當(dāng)交流量達到 120 V左右時,斷路器突然跳閘,操作箱跳閘紅燈亮,同時操作箱中不斷有高頻率異響,現(xiàn)象同故障時運行人員觀察到的一樣。

2 長沙電廠啟備變開關(guān) 650跳閘、1號機開關(guān) 610合閘事故

2.1 事故經(jīng)過

2009-06-04T01∶51,長沙電廠啟備變斷路器650跳開,1號機斷路器 610合上,沒有保護動作信號。

故障前一次設(shè)備運行方式:1號機斷路器 610分;華威Ⅰ線斷路器 602,華威Ⅱ線斷路器 604,母聯(lián)斷路器 600,啟備變 650斷路器合。

2.2 現(xiàn)場試驗檢查

經(jīng)核實,1號機斷路器 610和啟備變 650斷路器的保護控制回路直流電源使用集控室直流電源系統(tǒng);華威Ⅰ線斷路器 602,華威Ⅱ線斷路器 604的保護控制回路直流電源使用 220 kV升壓站直流電源系統(tǒng)。

經(jīng)落實,事故發(fā)生時正好在空預(yù)器有工作,其工作內(nèi)容為:把空預(yù)器的控制回路由原來 220V交流電源改接為直流電源。

初步判斷為空預(yù)器改造作業(yè)時將交流串入直流,引起了該次事故。

因 650斷路器已經(jīng)合上運行,僅針對 610斷路器進行以下模擬試驗 (610,650斷路器操作箱型號相同,都由 GE公司提供):

(1)為安全起見,單獨用 1組蓄電池對 610斷路器操作箱供電進行試驗。

(2)交流電源零線接地,火線經(jīng)調(diào)壓器輸出,搭接 610斷路器操作箱直流電源的負極,調(diào)節(jié)調(diào)壓器,加交流電壓為 80～100 V左右時,610斷路器操作箱繼電器及電壓切換箱繼電器開始抖動。

(3)為安全起見,不通過調(diào)壓器,直接用交流電源的火線直接瞬時點到 610斷路器操作箱直流電源的負極,610斷路器由分開直接合上。再次重復(fù)試驗,610斷路器跳閘。

3 斷路器同時跳閘或合閘原因分析

以交流電源串入直流電源負極回路,引起斷路器跳閘為例,定性分析斷路器跳閘原因。

直流回路對地有分布電容,當(dāng)交流電源的火線搭接到直流的負極時,通過接地點,與電容、手合繼電器 STJ形成回路。因繼電器采用 +24 V固體繼電器,動作速度快 (一般約 2～5 ms)、動作功率小 (繼電器動作功率≤0.2 W,回路串電阻后≤2 W),在對電容的充放電過程中可能使 STJ動作,在斷路器處于合閘位置時 (其輔助接點 DL閉合),將造成斷路器跳閘。如圖 1所示。

圖 1 交流電源串入直流電源負極回路示例

同樣,當(dāng)斷路器處于跳閘位置時,由于手合繼電器 SHJ可能動作,將造成斷路器合閘。

4 建 議

交流電源串入直流電源負極回路,將引起小型固態(tài)繼電器抖動,造成嚴重后果,如斷路器跳閘、合閘、保護裝置失壓 (電壓切換繼電器抖動)等。必須采取措施杜絕這種嚴重事故的發(fā)生。

(1)對經(jīng)屏外電纜起動的出口或有重要影響的繼電器應(yīng)采用強電啟動、大功率 (動作功率≥5 W)、慢速 (動作時間≥10 ms)的繼電器。

《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》第14.7.5條要求:“對經(jīng)長電纜跳閘的回路,應(yīng)采取措施防止長電纜分布電容影響和防止出口繼電器誤動的措施”。國家電網(wǎng)公司新企標(biāo) 《線路保護及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范》4.2.2條要求:“對于可能導(dǎo)致多個斷路器同時跳閘的直跳開入,應(yīng)采取措施防止直跳開入的保護誤動。例如:在開入回路中裝設(shè)大功率重動繼電器,或采取軟件防誤措施 ?！?。

從以上措施來看,本意都是為防止交流電源經(jīng)分布電容串入直流回路,使繼電器或光耦開入(其動作功率更小、動作速度更快)誤動而采取的措施。對于變壓器非電量保護,《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》第 14.2.5條明確要求:“非電量保護開關(guān)場部分的中間繼電器,必須由強電直流起動且應(yīng)采用起動功率較大的中間繼電器,其動作速度不宜小于 10 ms”,這在實際裝置上已得到了落實和運用。

但操作箱及電壓切換箱中許多繼電器或一些光耦開入,如手合繼電器 SHJ,手跳繼電器 STJ,三跳繼電器 TJR,電壓切換繼電器 YQJ,外部聯(lián)跳開入,斷路器非全相接點開入等,其啟動回路來自本屏外 (甚至來自開關(guān)場),存在一定的分布電容。如果采用的繼電器或光耦動作功率小、動作速度快,就易受交流電源干擾而動作。因此也應(yīng)采用大功率 (動作功率 ≥5W)、 慢速 (動作時間 ≥10 ms)的繼電器,從能量和延時 2個方面使繼電器躲開交流電源的干擾。

(2)直流系統(tǒng)應(yīng)分段運行。為盡量避免交流電源串入直流電源回路導(dǎo)致裝置不正?；虬l(fā)生嚴重事故,應(yīng)將負荷合理地分配到不同的直流蓄電池組。發(fā)電廠集控與網(wǎng)控直流系統(tǒng)要獨立,有 2組直流系統(tǒng)的應(yīng)分段運行。

(3)在已有設(shè)備運行的發(fā)電廠或變電站進行安裝和檢修工作,應(yīng)采取有效的安全措施,嚴禁交流電源串入直流電源回路。

(4)將直流電源電壓 (正極—地和負極—地)送入錄波裝置,在有交流分量時起動錄波,并發(fā)出告警,以便及早發(fā)現(xiàn)交流電源串入直流電源回路故障,及時進行處理,也便于事故后的分析處理。