楊 奇

（京能集團山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021）

一起交流串入直流導(dǎo)致機組跳閘的事故分析

楊 奇

（京能集團山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021）

介紹了某火電廠由于工頻交流串入直流系統(tǒng)引起 2號發(fā)變組故障跳閘的事故。通過對本次及其他類似事故原因的分析，提出了交流串入直流故障的辨識方法，并針對二次電纜、出口繼電器的設(shè)計、檢修等提出了相對應(yīng)的防范措施。

交流串直流；合環(huán)；防范措施

2013年7月某火電廠#2機組并網(wǎng)后在高壓廠用電切換過程中，發(fā)電機變壓器組（以下簡稱發(fā)變組）出口202斷路器跳閘最終引起機組全停。該機組容量為300MW，采用發(fā)變組單元接線及6kV高壓廠用母線A、B雙段供電方式，發(fā)電機出口不設(shè)斷路器。發(fā)變組保護屏配置雙套南自公司 DGT801A保護裝置、一套 DGT801A非電量保護裝置及 LY-32三相雙跳操作箱。

1　故障過程

2013年7月18日晚22時許，機組負荷180MW，檢查機組各項工況運行正常，滿足高壓廠用電切換要求，值長令#2機組高壓廠用電由#1啟備變接帶切至#2機組高廠變接帶。在6kV高壓廠用母線A段切換完成后，伴隨著發(fā)變組202斷路器操作箱的嗡嗡震響，202斷路器跳閘指示燈亮，#2機組DGT801非電量保護裝置“熱工保護”動作，跳勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)，關(guān)汽輪機主氣門。檢查DCS畫面首出“發(fā)電機斷路器跳閘”。同時機組110V直流系統(tǒng)閃發(fā)接地信號，事故后查看機組 110V直流Ⅰ段母線負極對地電阻為 4kΩ，負極對地電壓為 1V，#4支路接地，接地電阻為0。

2　故障檢查

2.1故障錄波分析

調(diào)取斷路器跳閘時故障錄波圖，如圖1所示。發(fā)電機機端電壓、電流，高廠變高壓側(cè)、主變高壓側(cè)電流變化平穩(wěn)、無畸變。由于故障錄波器未采集發(fā)變組出口202斷路器、高廠變低壓側(cè)出口斷路器位置信號，但是從主變高壓側(cè)電流消失、高廠變高壓側(cè)電流消失可判斷 202斷路器在 0ms時斷開，550ms時熱工保護動作，隨后約60ms高廠變低壓側(cè)出口斷路器與滅磁開關(guān)斷開。

圖1　202斷路器跳閘時故障錄波圖

2.2DCS邏輯檢查

檢查DCS邏輯“發(fā)電機斷路器跳閘”邏輯為斷路器位置接點“3取2”邏輯：即取3個斷路器位置接點，當同時有2個接點指示斷路器斷開時，DCS判斷出口斷路器斷開，發(fā)“熱工保護”至發(fā)變組DGT801A非電量保護裝置，出口方式為機組全停。

2.3直流接地檢查

從故障錄波圖及 DCS發(fā)電機斷路器跳閘邏輯可判斷某種原因?qū)е?2發(fā)變組出口 202斷路器跳閘。由于故障發(fā)生時存在直流系統(tǒng)接地報警，檢查110V直流系統(tǒng)Ⅰ段母線#4支路為主變冷卻器控制箱電源，就地檢查主變冷卻器控制箱，內(nèi)有電線燒焦氣味。將控制箱電纜槽盒打開發(fā)現(xiàn)主變冷卻器控制箱至主變端子箱交流電源線嚴重?zé)?，且將相鄰直流控制電纜燒焦。于是初步判斷為交流、直流電纜絕緣損壞導(dǎo)致交流串入直流跳202斷路器。

正常運行時主變冷卻器控制箱至主變端子箱交流電源電流約1A，采用4mm2導(dǎo)線，不會造成二次電纜發(fā)熱燒損。由于未找到主變端子箱交流電源過電流原因，先將燒損的交直流電源回路恢復(fù)，送電后發(fā)現(xiàn)主變冷卻器控制箱至主變端子箱交流電源回路溫度約50℃，實測電流約20A。立即停電后繼續(xù)查找主變端子箱交流電源回路電流過大的原因。最終發(fā)現(xiàn)主變冷卻器控制箱至主變端子箱為雙路刀閘供電，送電時誤將開環(huán)點刀閘合上。如圖2所示。

圖2　主變冷卻器控制箱電源回路

#2機組6kV母線A段、B段分別接21汽機變、22汽機變，21汽機變、22汽機變分別接汽機PCA段、汽機PCB段380V母線。#2主變冷卻器控制箱兩路電源分別從汽機PCA段母線、汽機PCB段母線引接；#2主變冷卻器控制箱雙路電源經(jīng)刀閘至#2主變端子箱，最終在#2主變端子箱處通過4mm2導(dǎo)線將380V母線A段、B段合環(huán)造成過電流。

當6kV廠用電母線A段切換完成后，A段由#2機組接帶，B段由#1啟備變接帶，經(jīng)兩臺汽機變轉(zhuǎn)換至主變端子箱處將#2高廠變與#1啟備變合環(huán)導(dǎo)致瞬時過電流將主變端子箱4mm2的電源回路燒毀。

綜合上述檢查，得出事故原因為：#2主變冷卻器控制箱雙路電源刀閘誤送電使6kV高壓廠用電切換過程中，主變端子箱處4mm2電源線將#2高廠變與#1啟備變合環(huán)，導(dǎo)致瞬時過電流將交流及相鄰的直流電源線燒損，致使交流串入直流回路引起 202斷路器跳閘。熱工保護判斷202斷路器跳閘后又發(fā)信號至發(fā)變組非電量保護裝置，最終機組全停。

3　交流串入直流跳閘原理及現(xiàn)象

3.1跳閘原理

正常情況下，直流一點接地不會引起斷路器跳閘，即使兩點接地，也只能造成單一斷路器跳閘。交流量竄入直流回路時，若無對地分布電容的影響，一般情況下只會引起直流瞬間接地而無嚴重后果。但當跳閘回路分布電容較大時，交流電源 AC與跳閘繼電器電纜對地電容C構(gòu)成回路，充放電功率大于出口繼電器動作功率時，繼電器抖動達到一定數(shù)值就會引起跳閘，跳閘原理及現(xiàn)場模擬回路如圖 3所示，STJ為手跳繼電器，BTJ-1為第一組保護跳閘繼電器，BTJ-2為第二組保護跳閘繼電器。

圖3　交流串入直流跳閘原理及模擬回路圖

202斷路器跳閘后，按照圖 3接線方式現(xiàn)場模擬斷路器操作箱動作情況。外接24V直流電源將繼電器STJ的常開接點與電阻R串聯(lián)，示波器通道1接電阻R兩端電壓，當STJ繼電器動作、接點閉合后，示波器通道1（電阻R兩端）即可檢測到電壓；示波器通道2接繼電器STJ兩端的電壓。為避免加入的交流電源對外回路產(chǎn)生影響，將操作箱電源及外回路二次線甩開，在繼電器STJ正極接0.75μF的電容（現(xiàn)場實測繼電器 STJ正極電纜對地電容約0.75μF，繼電器BTJ-1正極電纜對地0.72μF，繼電器BTJ-2正極電纜對地0.24μF。電容值越大，對應(yīng)交流阻抗越小，所以對繼電器STJ進行試驗），負端接交流調(diào)壓器AC。電壓升至40V時，繼電器STJ接點有抖動的聲音，電壓升高至77V時，繼電器STJ接點出現(xiàn)20ms周期的瞬時閉現(xiàn)象如圖4（a）所示，兩側(cè)電壓 45V；電壓升高至 100V時，繼電器 STJ接點持續(xù)閉合時間約 10ms，如圖 4（b）所示，兩側(cè)分壓60V。將串接電容C取消，直接將交流電源AC加在繼電器STJ兩端至250V時，STJ接點閉合時間約15ms。實際交流串入直流時，由于直流電源疊加的影響，交流動作電壓會更小，從圖4中可明確看到交流串入直流對跳閘繼電器的影響。

圖4　繼電器接點抖動與接點閉合10ms

3.2交流串入直流故障辨識

參照國內(nèi)發(fā)生的多起交流串入直流導(dǎo)致斷路器跳閘的事故，主要特征如下：

1）斷路器不明原因跳閘，而相應(yīng)的保護裝置均未動作。

2）斷路器跳閘的同時伴隨有直流接地現(xiàn)象，且母線對地絕緣電阻相對較小，甚至接近于零。

3）查看斷路器跳閘的故障錄波圖時，某些信號存在干擾現(xiàn)象，且干擾信號周期約20ms，大量無規(guī)則的SOE信息上送［1］。

4）斷路器跳閘時操作箱伴隨有繼電器接點抖動的聲音。

4　防范措施

4.1二次回路范措施

1）交直流端子采用不同端子層設(shè)計，并在端子上明確標注。

2）避免同一繼電器、接觸器輔助接點，轉(zhuǎn)換開關(guān)同時接有交直流信號，若無法避免，做好隔離措施［2-3］。

3）避免同一航空插頭、二次線插頭內(nèi)交直流回路共存及交直流回路共用一根電纜［4］。

4）對控制系統(tǒng)采用交直流雙供電的開關(guān)電源時，應(yīng)注意選用交流輸入端有隔離變壓器的開關(guān)電源，其中隔離變壓器的負荷側(cè)N端懸空，不能和一次側(cè)相連或接地［5］。

5）用外接電源做開關(guān)跳合閘試驗時，做好斷路器操作回路的隔離措施，嚴禁將外接電源與系統(tǒng)直流電源疊加操作［6］。

6）用直流分屏配電柜代替直流小母線設(shè)計，對交直流共存的屏頂小母線做好防止相互短路的措施。

7）控制箱內(nèi)配線時直流電纜避免與可能的大電流交流電纜置于同一槽盒內(nèi)（本例中已將交直流電纜分槽盒布置且加強了現(xiàn)場開環(huán)點回路管理）；合理規(guī)范二次電纜的路徑，盡可能離開高壓母線、避雷器等的接地點，減少迂回，縮短二次電纜的長度；做好電纜兩端屏蔽措施。

8）直流母線應(yīng)分段布置，不同負荷合理分配到不同的母線段，發(fā)電廠機組與升壓站直流系統(tǒng)要獨立，盡量減少交流串入直流時對相關(guān)設(shè)備的影響。

9）盡快完成直流正負對地絕緣電壓接入故障錄波器，直流系統(tǒng)實現(xiàn)檢測交流串入的功能。及早發(fā)現(xiàn)交流串入直流，避免不必要的損失以及便于事后故障分析。

4.2出口繼電器防范措施

1）對可能引起誤動的開入量采用光電隔離轉(zhuǎn)換，以避免外回路的干擾信號對保護裝置產(chǎn)生影響。

2）直接跳閘回路有長電纜控制時增加大功率重動繼電器（現(xiàn)場實測增加功率5W的重動繼電器后工頻交流電源至250V時不動作）。

3）操作箱設(shè)計時出口繼電器采用大功率繼電器，可以參考主變壓器瓦斯起動中間繼電器的反措要求執(zhí)行。

4）增加可引起誤動開入量的動作時間，使動作時間大于20ms，以降低靈敏度，這種方法可以有效地躲過交流量竄入時帶來的干擾（由圖4可看出效果），但需兼顧繼電保護裝置速動性的要求。

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Analysis of the Accident of the Unit Trip Caused by a Series of AC input DC System

Yang Qi
（BEIH Shanxi Zhangshan Electric Power Co.， Ltd， Changzhi， Shanxi 046021）

Introduces the fault trip of a power plant with the AC into DC system. Through the analysis of this and other similar accidents， the identification method of AC input DC fault is put forward， and the corresponding preventive measures are put forward for the design and maintenance of the two cable and the export relay.

AC into DC system； closed loop； preventive measures

楊 奇（1988-），男，山西省長治市人，助理工程師，從事繼電保護與勵磁調(diào)試工作。