楊承明

引黃工程電氣設(shè)備控制系統(tǒng)包括控制、操作、信號(hào)、繼電保護(hù)及自動(dòng)控制等回路。一般情況下,電氣設(shè)備控制系統(tǒng)不論其工作電壓大小,控制回路元件多少,都會(huì)出現(xiàn)工作電壓振蕩和波動(dòng)等現(xiàn)象,雖然這些振蕩電壓很少引起設(shè)備絕緣的破壞,但卻經(jīng)常引起繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作,給電氣設(shè)備日常運(yùn)行管理工作帶來不便。下面通過幾個(gè)工程現(xiàn)場事故案例,著重對(duì)電氣設(shè)備控制系統(tǒng)過電壓的成因及防范措施等進(jìn)行分析和論述。

1 案例分析

2009年 7月 16日,在引黃工程泵站 2#排水泵進(jìn)行啟動(dòng)操作過程中,現(xiàn)地控制盤柜瞬時(shí)出現(xiàn)“直流系統(tǒng)故障”和“直流接地”信號(hào)。從現(xiàn)場現(xiàn)地控制單元LCU信號(hào)和數(shù)據(jù)記錄得出,事故發(fā)生時(shí)排水泵控制回路發(fā)生了電流、電壓波動(dòng)。在隨后進(jìn)行的故障排查和檢修中,檢修人員發(fā)現(xiàn)排水泵控制電源合閘線圈絕緣破壞。通過故障判斷分析事故發(fā)現(xiàn),由于 2#排水泵日常滲漏排水工作量大,電機(jī)啟停頻繁,且電源操作機(jī)構(gòu)振動(dòng)較大,導(dǎo)致線圈絕緣破壞,從而造成直流系統(tǒng)接地故障。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),該排水泵電源操作機(jī)構(gòu)切斷接地的感性電流,而發(fā)生直流系統(tǒng)操作過電壓,使排水泵保護(hù)回路中負(fù)序保護(hù)動(dòng)作,并發(fā)出“直流電源故障”信號(hào)。

2010年 5月,下土寨變電站間斷性地發(fā)出“直流系統(tǒng)故障”、“直流接地”等信號(hào)。隨后值班人員巡回檢查發(fā)現(xiàn),10 kV配電室有焦糊味,并伴有輕微放電聲,進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)一個(gè)接地端子在斷續(xù)放電。通過事故分析判斷,是由于某些端子松動(dòng),造成電流互感器CT回路斷續(xù)開路,而發(fā)生過電壓使開路端子擊穿,導(dǎo)致直流母線電壓檢測繼電器動(dòng)作,并發(fā)出“直流系統(tǒng)故障”、“直流接地”等信號(hào)。在經(jīng)過檢修人員對(duì) CT回路端子檢修、緊固后,“直流系統(tǒng)故障”、“直流接地”信號(hào)再未出現(xiàn)。

2 設(shè)備操作過電壓的產(chǎn)生過程

操作過電壓是由于系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化時(shí)電磁能量的振蕩和積累所引起的,當(dāng)系統(tǒng)由一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),在轉(zhuǎn)變過程中由于系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩、互換及重新分布就可能在某些設(shè)備上產(chǎn)生很高的過電壓。

1)直流控制回路發(fā)生直接接地故障引起的操作過電壓。一般情況下,直流電源控制系統(tǒng)是通過蓄電池組和浮充電設(shè)備為全廠所有直流負(fù)荷供電,并且直流系統(tǒng)對(duì)地絕緣水平較弱,這樣可以將直流控制系統(tǒng)正、負(fù)極對(duì)地等效為 2個(gè)電容器,當(dāng)其中一極發(fā)生金屬接地時(shí),其通過故障點(diǎn)對(duì)地放電,而產(chǎn)生操作過電壓。直流系統(tǒng)操作過電壓的強(qiáng)度,往往與其對(duì)地絕緣水平強(qiáng)弱、直流系統(tǒng)回路多少成正比,即直流電源控制系統(tǒng)對(duì)地絕緣水平愈高、直流系統(tǒng)回路愈多,其儲(chǔ)存的能量就越大,發(fā)生接地故障時(shí)產(chǎn)生的過電壓也愈高。

2)在設(shè)備控制回路中,電磁型操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作(開、合)引起的過電壓。當(dāng)進(jìn)行開關(guān)操作時(shí),通常電磁型操作機(jī)構(gòu)線圈中流過電流,小的達(dá)到幾 A,大的可到幾百 A,操作機(jī)構(gòu)的輔助接點(diǎn)在切斷感性電流的瞬間,直流系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生操作過電壓。

3)直流伺服機(jī)構(gòu)操作引起的過電壓。直流伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程中,在進(jìn)行開合回路感性負(fù)荷時(shí),會(huì)引起直流系統(tǒng)過電壓,但直流伺服機(jī)構(gòu)操作時(shí)所用功率一般較小,其所產(chǎn)生的過電壓也較電磁型操作機(jī)構(gòu)過電壓低。

4)在二次保護(hù)回路中,由于 CT二次負(fù)荷突變引起的操作過電壓。在電氣設(shè)備繼電保護(hù)接線回路中,當(dāng)CT回路中串聯(lián)接入某些儀表時(shí),且被接入的儀表、儀器阻抗值較大,就造成回路負(fù)荷與阻抗值不匹配,產(chǎn)生突變過程。這一暫態(tài)過程雖不引起很高的過電壓,但使靈敏度較高的繼電保護(hù)會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。例如在引黃工程總干線一級(jí)泵站曾經(jīng)出現(xiàn)過因CT二次回路接入測量儀表,而導(dǎo)致負(fù)序閉鎖裝置誤發(fā)信號(hào)的情況。

3 措施

1)在直流母線上正負(fù)極之間安裝容量較大的電容器,當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí),以吸收正負(fù)電荷,從而抑制直流控制系統(tǒng)操作過電壓的幅值。

2)控制回路設(shè)計(jì)時(shí),CT、PT(電壓互感器)、直流回路不應(yīng)合用同一根電纜。在現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施更新改造時(shí),當(dāng)需使用原電纜的備用電纜芯時(shí),應(yīng)盡量避免與CT、PT回路合用一條電纜。

3)在繼電保護(hù)二次回路中,當(dāng)保護(hù)裝置距離跳閘繼電器較遠(yuǎn)時(shí),最好采用單獨(dú)的電纜,與其他電纜分開使用,以減小分布電容。

4)在工作現(xiàn)場,當(dāng)進(jìn)行保護(hù)、測量、控制等二次回路進(jìn)行試驗(yàn),需要在 CT回路串接其他儀器、儀表時(shí),應(yīng)防止阻抗的突然變化,導(dǎo)致過電壓的發(fā)生。

5)在進(jìn)行保護(hù)、測量、控制等二次回路工作時(shí),檢修人員要使用專用工具,盡量防止直流系統(tǒng)接地的發(fā)生。

6)在泵站或動(dòng)力車間的設(shè)計(jì)和安裝時(shí),應(yīng)盡可能使動(dòng)力直流電源與控制操作直流系統(tǒng)分別布置,減少直流系統(tǒng)電源負(fù)荷和回路,從而降低操作過電壓的發(fā)生。

[1] 李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].第 2版.北京：中國電力出版社,2007：75-92.