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        交直流互串導(dǎo)致滅磁開關(guān)誤動(dòng)原因分析及防范措施

        2013-03-15 10:56:24周國平李辰龍
        電力工程技術(shù) 2013年5期
        關(guān)鍵詞:交流電源分布電容接點(diǎn)

        周國平 ,張 炯 ,李辰龍 ,蔣 琛

        (1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司,江蘇南京211102;2.上虞市電力公司,浙江上虞312300)

        直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)控制保護(hù)的重要組成部分,直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行是繼電保護(hù)正確動(dòng)作的基本保證。然而實(shí)際運(yùn)行中,直流系統(tǒng)的故障時(shí)有發(fā)生,直流電源的主要故障有直流接地、短路,交流串入直流等,這些都對(duì)繼電保護(hù)的正確運(yùn)行造成了很大的影響,給系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來威脅。隨著大型電廠(變電站)容量的不斷擴(kuò)大,各個(gè)保護(hù)控制室之間的距離也越來越大,相互間的控制電纜很長,電纜對(duì)地的分布電容也不斷增大。一旦發(fā)生直流系統(tǒng)接地或交流電源串入直流系統(tǒng),將會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作。如何防止交流竄入直流及減少其給系統(tǒng)帶來的危險(xiǎn),是各運(yùn)行生產(chǎn)單位需要解決的實(shí)際問題。某電廠就發(fā)生了一起交流竄入直流回路導(dǎo)致滅磁開關(guān)誤跳閘的事故。

        1事故情況介紹

        2012年12月,某電廠1號(hào)機(jī)組跳閘,發(fā)變組保護(hù)跳出口開關(guān)5011、5021,機(jī)組停機(jī),中央信號(hào)顯示為滅磁開關(guān)跳閘全停機(jī)組。電廠主接線圖見圖1。

        圖1電廠電氣主接線

        2事故原因分析

        2.1現(xiàn)場檢查情況

        事故發(fā)生后,保護(hù)人員迅速對(duì)1號(hào)發(fā)變組二次設(shè)備進(jìn)行檢查。電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)ECS動(dòng)作記錄如下:13∶07∶35.732, 滅磁開關(guān)分閘;13∶07∶35∶733,C 循泵跳閘;13∶07∶35.774,發(fā)變組保護(hù)“滅磁開關(guān)跳閘全停機(jī)組”動(dòng)作;13∶07∶35.830,主變高壓側(cè)開關(guān) 5011、5012 跳閘。

        滅磁開關(guān)與發(fā)變組保護(hù)的動(dòng)作邏輯如圖2所示。滅磁開關(guān)動(dòng)作后,其常閉接點(diǎn)閉合,使發(fā)變組保護(hù)“滅磁開關(guān)跳閘全停機(jī)組”直跳回路動(dòng)作,只要此直跳回路動(dòng)作,發(fā)電機(jī)將停機(jī)。由此可知,滅磁開關(guān)跳閘是造成該次事故的最直接原因。而滅磁開關(guān)跳閘之前保護(hù)并沒有任何動(dòng)作信號(hào)。

        圖2滅磁開關(guān)與保護(hù)動(dòng)作邏輯

        通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)文,發(fā)現(xiàn)滅磁開關(guān)跳閘原因?yàn)檎{(diào)節(jié)器收到了“外部跳閘”命令,此信號(hào)只有保護(hù)至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的跳閘回路導(dǎo)通后才會(huì)發(fā),而同一時(shí)間保護(hù)沒有任何動(dòng)作信號(hào)。

        對(duì)保護(hù)至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的跳閘回路進(jìn)行了絕緣測試,結(jié)果正常,絕緣滿足要求。考慮到保護(hù)至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的跳閘回路控制電纜較長,而且在停機(jī)的同一時(shí)間,C循泵在沒有任何保護(hù)的情況下也發(fā)生了跳閘,由此重點(diǎn)懷疑是直流電源發(fā)生了瞬時(shí)正接地或交流串入了直流,從而引起了滅磁開關(guān)跳閘。

        2.2開關(guān)跳閘原因分析

        該次滅磁開關(guān)誤跳事故可從以下2種情況分析。

        (1)直流正接地,由于保護(hù)室至勵(lì)磁小室電纜較長,電纜對(duì)地有一定分布電容。如圖3所示,正常情況下,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中勵(lì)磁跳閘回路A點(diǎn)對(duì)地電位為-55 V,對(duì)地電容電流也較小。當(dāng)+KM接地時(shí)(即直流正接地),則+KM對(duì)地電位變?yōu)?,-KM對(duì)地電位變?yōu)?110 V,由于電容兩端的電壓是不能突變的,因此A點(diǎn)對(duì)地電位不能突變,在剛開始接地的瞬間仍為-55 V。這樣剛開始接地的瞬間在繼電器線圈的兩端就產(chǎn)生了55 V的電壓,此時(shí)會(huì)有較大的充電電容電流流過繼電器線圈,當(dāng)繼電器的動(dòng)作功率較小時(shí),有可能會(huì)誤動(dòng)。

        (2)交流電源串接到直流電源母線上,如圖4所示,串入交流電源流向如圖中虛線所示,當(dāng)交流電源串接到直流電源母線上時(shí),流過出口繼電器的電流I如式(1)所示:

        式中:U為串入交流電電壓;R為出口繼電器K03在交流等效回路中的電阻值;C為電纜對(duì)地分布電容。電纜越長,電容值C越大,流過出口繼電器線圈的電流就越大,當(dāng)其大于繼電器動(dòng)作電流時(shí),繼電器就會(huì)動(dòng)作[1]。

        圖4直流電源串入交流電

        檢查相關(guān)設(shè)備發(fā)現(xiàn),發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置電源模塊被擊穿,可初步確認(rèn)該次事故原因是交流串入了直流。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),400 V廠用電源測控屏直流空開處于跳閘位置,測量其直流開入回路中含有交流分量,經(jīng)檢查,此交流分量來自400 V電源配電柜的事故音響小母線,為報(bào)警接點(diǎn)碰到了交流電(原因?yàn)閳?bào)警接點(diǎn)與交流電端子排距離過近,后將此報(bào)警接點(diǎn)與交流電源進(jìn)行隔離。發(fā)電機(jī)組再次并網(wǎng)后,運(yùn)行良好,沒再出現(xiàn)過該類事故),交流電串入直流后測控屏直流空開跳閘,交流串入電源隨即從直流中被切除,所以當(dāng)時(shí)在勵(lì)磁跳閘回路中并沒有測量到交流分量。

        由以上分析可知,滅磁開關(guān)跳閘的原因是,交流電壓通過400 V測控裝置直流回路疊加到直流母線上,又經(jīng)勵(lì)磁系統(tǒng)直流空開QFK11及滅磁開關(guān)跳閘繼電器K03、電纜對(duì)地電容C與地連接,構(gòu)成交流電源的閉環(huán)回路,如圖5所示。由于保護(hù)至滅磁開關(guān)的跳閘電纜較長,電纜對(duì)地分布電容比較大,由式(1)可知,分布電容C越大,則產(chǎn)生的電流也越大,一旦大于繼電器K03的動(dòng)作電流,將導(dǎo)致K03動(dòng)作,滅磁開關(guān)跳閘。經(jīng)現(xiàn)場檢測,滅磁開關(guān)跳閘繼電器K03動(dòng)作功率僅為0.5 W(動(dòng)作電流約為8 mA),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反措所規(guī)定大于5 W的要求[2]。循泵跳閘原因同滅磁開關(guān)一樣,同樣存在著電纜過長、繼電器動(dòng)作功率偏小的問題。

        圖5直流串交流后繼電器誤動(dòng)電路

        3防范措施

        交流電源串入直流電源,此類事件的隨機(jī)性強(qiáng),涉及全廠幾乎所有的交直流二次系統(tǒng),造成的后果往往很嚴(yán)重。針對(duì)此類事故采取下列措施。

        3.1提高中間繼電器K03動(dòng)作功率

        在勵(lì)磁柜跳閘繼電器K03線圈上并聯(lián)接入2組1.5 kΩ、功率為10 W的電阻,經(jīng)校驗(yàn),繼電器動(dòng)作功率大于5 W,達(dá)到了反措要求。對(duì)于6 kV偱泵,更換中間跳閘繼電器,使其功率大于5 W。

        3.2其他措施及探討

        (1)在設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)上,防止交直流輔助接點(diǎn)混用;規(guī)范刀閘、斷路器輔助接點(diǎn)的使用,將保護(hù)用直流輔助接點(diǎn)和交流電氣閉鎖回路用輔助接點(diǎn)適當(dāng)隔離,電氣防誤與母差、線路保護(hù)用切換回路所用輔助接點(diǎn)之間以空端子隔離;開關(guān)端子箱中的交、直流端子分區(qū)布置;取消保護(hù)屏內(nèi)的交流照明、加熱器回路,打印機(jī)電源獨(dú)立布置;二次設(shè)備禁止采用交、直流混合模式供電。對(duì)于變壓器保護(hù)啟動(dòng)風(fēng)冷回路,禁止將保護(hù)出口接點(diǎn)直接接入變壓器風(fēng)冷交流回路,需加一中間繼電器,由中間繼電器輔助接點(diǎn)啟動(dòng)變壓器風(fēng)冷交流回路。

        (2)合理規(guī)范二次電纜的路徑,避免和減少電纜的迂回,有效控制電纜對(duì)地分布電容。對(duì)不同用途的電纜分開布置也可減少分布電容效應(yīng)[3]。

        (3)對(duì)于各個(gè)電廠(變電站),如果廠站內(nèi)遠(yuǎn)跳、遠(yuǎn)傳回路、失靈啟動(dòng)回路、失靈聯(lián)跳、機(jī)變聯(lián)跳回路、變壓器非電量跳閘回路控制電纜較長,應(yīng)避免使用直接啟動(dòng)光耦的方式,應(yīng)采用大功率繼電器傳輸方式[4],其動(dòng)作功率應(yīng)達(dá)到大于5 W的要求。目前江蘇600 MW以上的大部分大型機(jī)組使用ABB公司的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,但是其滅磁開關(guān)跳閘回路普遍存在繼電器動(dòng)作功率偏小的問題,之前已經(jīng)有電廠出現(xiàn)過由于此種原因造成滅磁開關(guān)誤跳的事故。因此建議各廠根據(jù)實(shí)際情況增加中間繼電器的動(dòng)作功率,可以采用更換繼電器或在原有繼電器跳閘線圈中并聯(lián)電阻的方法,使其動(dòng)作功率大于5 W。對(duì)于DCS至勵(lì)磁系統(tǒng)的開入量,其裝置開入電源為24 V,由于改為強(qiáng)電開入存在一定難度,對(duì)于重要的開入量,如“勵(lì)磁投入”、“勵(lì)磁退出”等,應(yīng)采用大功率中間繼電器傳輸方式。

        (4)由于直流繼電器動(dòng)作是具有方向性的,當(dāng)交流串入直流后,繼電器會(huì)在交流電的半周波動(dòng)作,而在另一半周波返回,因此在不影響保護(hù)性能的前提下對(duì)于某些可能引起誤動(dòng)的關(guān)鍵開入量,可以增設(shè)動(dòng)作延時(shí)來降低靈敏度,以躲避工頻交流量串入時(shí)帶來的干擾。為了提高保護(hù)輸入光耦在直流接地、交流串入直流等情況下的抗干擾能力,從2006年起華東調(diào)度就采用在分相電流差動(dòng)保護(hù)遠(yuǎn)方跳閘輸入光耦中增加20 ms延時(shí)以躲過干擾。

        4結(jié)束語

        針對(duì)直流系統(tǒng)故障造成電廠(變電站)開關(guān)誤跳或設(shè)備損壞等事故,通過對(duì)事故檢查、分析和處理解決,提出了相應(yīng)的防范措施。一方面從設(shè)計(jì)源頭、管理方面下工夫,減少交流串入直流回路的源頭;另一方面在技術(shù)層面上重點(diǎn)解決交流串入直流后如何防止誤跳閘。這樣將大大降低直流系統(tǒng)故障造成重大設(shè)備事故的概率,提高設(shè)備的安全穩(wěn)定性。

        [1]陸 榛,黃 巍,任曉輝,等.廠站交直流互串跳閘分析及防范措施[J].福建電力與電工,2008,28(1):29-31.

        [2]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施[M].北京:中國電力出版社,2005.

        [3]馬世燕.控制電纜分布電容對(duì)繼電器控制系統(tǒng)的影響[J].建筑電氣,2012,31(3):4-8.

        [4]丁曉兵,趙曼勇,皮顯松,等.防止交流串入直流導(dǎo)致母線保護(hù)誤動(dòng)的措施[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2008,36(22):97-99.

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