顏衛(wèi)星

（華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272400）

直跳繼電器功率低造成機組跳閘事故分析

顏衛(wèi)星

（華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272400）

由于分布電容的影響，在直流發(fā)生1點接地時，電容放電電流驅(qū)動出口繼電器，若發(fā)電廠繼電保護柜出口繼電器功率低，則可能造成保護誤動。從理論上分析了分布電容對保護回路的影響，確定了在1點接地的情況下出口繼電器誤動的原因，并提出了反事故措施和整改措施，消除了設(shè)備運行的安全隱患。

繼電保護；出口繼電器；動作功率；分布電容

0　設(shè)備概況

某電廠2×300 MW機組采用發(fā)電機變壓器組單元接線，發(fā)電機經(jīng)主變升壓至500 kV接入系統(tǒng)，高壓廠變和勵磁變由發(fā)電機與主變低壓側(cè)之間引接。發(fā)變組保護采用DGT-801B型數(shù)字式發(fā)變組保護柜，設(shè)A，B，C 3個柜，主保護采用A，B柜相同原理的雙重化配置，C柜為非電量保護及勵磁變保護。非電量保護設(shè)置有獨立的電源回路，包括直流小空開及其直流電源監(jiān)視回路。其出口跳閘回路完全獨立，2套完整的電氣量和非電量保護的跳閘回路分別同時動作于斷路器的2個跳閘線圈。

1　事故概述

2013-05-19，該電廠1號發(fā)電機組正常運行，有功282 MW，無功33 Mvar。14：55，1號發(fā)變組出口開關(guān)和滅磁開關(guān)跳閘，廠用電切至備用電源供電，鍋爐MFT（主燃料跳閘）；汽機ETS（汽輪機跳閘保護系統(tǒng)）首出原因為“發(fā)電機跳閘”，電氣DCS盤“熱工保護”、“直流故障”光字牌發(fā)信；1號機直流配電室絕緣監(jiān)察裝置“1號機發(fā)變組保護C柜電源-144Q支路絕緣低”報警，測量直流母線負極對地絕緣為0。

機組發(fā)生跳閘后，事故發(fā)展情況如下：

15：17，1號機組直流負極接地信號消失；

16：26，1號機組沖轉(zhuǎn)與系統(tǒng)重新并列、并串；

17：15，1號機組廠用電切至1號機供電，機組恢復(fù)正常方式。

2　事故分析

2.1信號分析

直流系統(tǒng)負極接地時機組跳閘，保護柜無保護動作信號，卻有跳閘出口記錄。機組大聯(lián)鎖顯示首出原因為發(fā)電機跳閘。發(fā)變組保護A，B，C柜中只有C柜發(fā)出“熱工保護”動作信號，但“熱工保護”是汽輪機主汽門關(guān)閉后，主汽門關(guān)閉信號發(fā)至汽機ETS遮斷，由ETS遮斷啟動發(fā)變組保護C柜“熱工保護”，因此初始動作的保護無任何信號發(fā)出。

調(diào)閱故障錄波器發(fā)現(xiàn)，發(fā)變組出口開關(guān)5012、開關(guān)5013、廠用電快切、關(guān)閉主汽門等保護信號同時出口。

2.2原因分析

事故資料顯示，發(fā)變組保護有出口，并且是電氣保護先動作。但無法確定是何種保護動作和動作的原因，所以初步分析存在保護誤動的可能。因直跳出口只有保護C柜有，所以其出口繼電器是首要懷疑對象。考慮當(dāng)時直流系統(tǒng)發(fā)生負極接地，而直流接地可能造成出口繼電器誤動作，所以直跳出口繼電器因直流接地造成保護誤動的可能性很大。

在隨后的停機檢修中，測量1號發(fā)變組保護C柜的出口繼電器動作功率為1.08 W，遠低于《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》中“所有涉及直接跳閘的重要回路應(yīng)采用動作電壓在額定直流電源電壓的55 %-70 %范圍以內(nèi)的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5 W”的要求。

經(jīng)綜合分析確定，事故的原因是直流發(fā)生1點接地后，出口繼電器功率偏小導(dǎo)致保護出口誤動作。

2.2.1非電量直跳保護邏輯

對于數(shù)字式保護裝置，非電量保護通常也稱開入量保護或開關(guān)量保護。該類保護主要有：變壓器瓦斯保護、壓力保護、溫度保護、冷卻器全停保護及發(fā)電機斷水保護等。非電量保護構(gòu)成原理分2種：一種是直接驅(qū)動開關(guān)量直跳繼電器出口，簡稱直跳非電量保護，如重瓦斯、壓力釋放等；另一種是由保護CPU判別非電量接點的狀態(tài)，再經(jīng)其他判據(jù)判別或軟件延時后由保護CPU去驅(qū)動出口繼電器出口，簡稱軟件跳非電量保護，如冷卻器全停、斷水保護等。

直跳非電量保護邏輯如圖1所示。非電量K 1驅(qū)動中間轉(zhuǎn)換繼電器ZK 1，ZK 1接點ZK 1-A啟動開關(guān)量保護直跳繼電器，按動作要求去出口。ZK 1接點ZK 1-B由保護CPU讀入及進行事件記錄、信號出口及通訊上傳等。

圖1　直跳非電量保護邏輯

2.2.2直流系統(tǒng)對地電容的構(gòu)成

直流系統(tǒng)對地電容來自以下3個方面：

（1） 電纜對地的分布電容，特別是長距離電纜電容效應(yīng)比較大；

（2） 眾多電源設(shè)備回路的對地電容匯集到直流系統(tǒng)中，造成直流系統(tǒng)很大的對地電容，所以有的直流系統(tǒng)中存在大于500 μF的對地電容；

（3） 目前廠、站用的通迅電源常為48 V直流電源，利用直流系統(tǒng)中的電源，以DC/DC變換器輸出，直流電源變換器采用了高頻技術(shù)變換原理，在其諧振回路中有對地電容。

2.2.3直流系統(tǒng)一點接地造成保護誤動分析

直流母線負極接地信號可能由以下2種接地故障報出。

（1） 出口中間繼電器正電源側(cè)接地誤動，如圖2所示。

圖2　出口中間繼電器正電源側(cè)接地誤動示意

其中R1，R2為絕緣監(jiān)測儀內(nèi)部采樣電阻，阻值都大于30 kΩ，不同廠家的微機絕緣監(jiān)測裝置內(nèi)部采樣電阻值在40-300 kΩ之間，且一般電阻R1和R2的阻值相同。R+和R-分別為直流系統(tǒng)正對地和負對地絕緣電阻，由各個直流回路對地絕緣電阻并聯(lián)而成，而且電阻值受天氣影響而變化，并與直流系統(tǒng)中所有設(shè)備清潔及電氣絕緣有關(guān)。當(dāng)設(shè)備積灰比較嚴(yán)重時，環(huán)境濕度變化會引起電阻值的大幅度變化，引起直流接地報警?；芈分性骷^緣損壞也會造成直流接地。圖2中C+和C-分別為直流系統(tǒng)正對地和負對地等效電容，當(dāng)在A點接地時，C+經(jīng)繼電器充電，C-對繼電器放電（忽略R1，R2的影響）。這時若流過ZK 1的充放電流和達到一定值，且ZK 1動作功率偏小，就有可能誤動。ZK 1動作后，ZK 1-A接點閉合，由于ZK 1-A接點直連開關(guān)量直跳繼電器，導(dǎo)致開關(guān)量直跳繼電器動作機組跳閘。又因為電容電流衰減很快，ZK 1-B接點雖也閉合，但時間很短，ZK 1繼電器立刻返回，ZK 1-B接點斷開，跳閘信號未來得及發(fā)出。

（2） 直流母線負極接地誤動，如圖3所示。

圖3 直流母線負極接地誤動示意

圖3中C為ZK 1連接電纜對地電容，當(dāng)在B點接地時，若C過大（ZK 1所連接的電纜很長），就會形成環(huán)流。C充電電荷對ZK 1放電，達到一定值時，若ZK 1動作功率偏小，也可能動作，引發(fā)跳機事故。

3　改進措施

（1） 確保全廠保護裝置的出口繼電器規(guī)格、參數(shù)都符合反事故措施的要求。所有涉及直接跳閘的重要回路，均應(yīng)采用動作電壓在額定直流電源電壓的55 %-70 %范圍以內(nèi)的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5 W。

（2） 采用抗干擾繼電器以提高可靠性。

（3） 采用在繼電器兩端并聯(lián)電阻的方式增大啟動功率。

（4） 對于應(yīng)用長電纜傳輸跳閘信號的，可以考慮更換為光纖通道來傳輸。

（5） 在保護裝置內(nèi)，直跳回路開入量應(yīng)設(shè)置必要的延時防抖回路，防止由于開入量的短暫干擾造成保護裝置誤動出口。

4　結(jié)束語

通過上述分析，明確了故障原因，并制訂了整改措施。在檢修期間，對全廠保護裝置的出口繼電器進行全面檢查，更換了動作功率不符合要求的出口繼電器；直跳回路開入量設(shè)置了延時防抖回路，從而消除了設(shè)備誤動隱患，保證了出口繼電器的動作安全、可靠，提高了繼電保護裝置運行的可靠性，也保證了電廠安全穩(wěn)定運行。

1 國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施［M］.北京：中國電力出版社，2012.

2 張次衡.直流系統(tǒng)接地故障檢測裝置電容影響問題的探討［J］.電力自動化設(shè)備，1996，16（1）：48-50.

3 唐文秀.直流回路一點接地和交直流串?dāng)_引起保護誤動及其對策［J］.電力自動化設(shè)備，2007，27（9）：123-125.

2015-09-28；

2016-04-12。

顏衛(wèi)星（1970-），男，助理工程師，主要從事集控運行工作，email：1748044726@qq.com。