葉朋珍，蘇興，張廣運(yùn)

(1.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244012； 2.國核工程有限公司，上海 200233)

0 引言

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)遇到多種故障，由于雷擊、短路故障重合閘、企業(yè)外部或內(nèi)部電網(wǎng)故障、大型設(shè)備啟動(dòng)等原因，造成電壓瞬間較大幅度波動(dòng)或短時(shí)斷電又恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為晃電。目前，大部分400 V設(shè)備的控制電源均為從400 V抽屜式開關(guān)上端口經(jīng)熔絲或空氣開關(guān)取本身的動(dòng)力交流電源，一般有取單相220 V電源和兩相380 V電源兩種，只有部分重要設(shè)備的控制電源取自直流電源或不間斷電源(UPS)，由于晃電影響控制電源導(dǎo)致設(shè)備跳閘的事件時(shí)有發(fā)生[1-3]。

電磁式交流接觸器是一種應(yīng)用廣泛的低壓電器產(chǎn)品，當(dāng)晃電故障發(fā)生時(shí)，交流接觸器可能因?yàn)殡妷翰环€(wěn)定而頻繁接通或分?jǐn)啵瑢?duì)系統(tǒng)造成很大的影響。考慮經(jīng)濟(jì)性和簡潔性，取本身交流動(dòng)力電源作為控制電源的情況較多，因此，本身交流動(dòng)力電源的可靠性直接關(guān)系到設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，研究探討取自動(dòng)力電源的控制電源可靠性問題是非常必要的。

1 事件經(jīng)過

某廠#4機(jī)組為300 MW機(jī)組，主接線采用發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)接線，接入220 kV系統(tǒng)。電氣6 kV廠用電系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，設(shè)置為4段母線運(yùn)行，6 kV工作IVA段及6 kV公用02 A段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，6 kV工作IVB段及6 kV公用02B段聯(lián)絡(luò)運(yùn)行,低壓廠用變壓器均為Dyn11接線的變壓器，400 V系統(tǒng)為直接接地系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 廠用電接線

2016-08-06 T 01：20，6 kV的4B開式泵電機(jī)運(yùn)行中速斷保護(hù)動(dòng)作，發(fā)變組故障錄波器記錄6 kV IVB段BC相故障。4B開式泵電機(jī)保護(hù)裝置記錄的動(dòng)作時(shí)故障電流為：A相，41.0 A； B相，632.9 A； C相，627.3 A。繼電保護(hù)綜合裝置整定值為6.21In(In為額定電流，5A)，電流互感器(CT)變比為75/5，故一次電流整定值 為465.75 A。4B開式泵電機(jī)一次設(shè)備故障的同時(shí)，發(fā)生了400 V的4B空氣預(yù)熱器(以下簡稱空預(yù)器)主電機(jī)跳閘，輔電機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)。檢查空預(yù)器主電機(jī)絕緣電阻為600 MΩ，空預(yù)器主電機(jī)無異常信號(hào)，聯(lián)鎖運(yùn)行的B輔電機(jī)運(yùn)行也正常。

值班人員檢查了4B開式泵電機(jī)，測(cè)量相間絕緣電阻大于100 MΩ，對(duì)地絕緣電阻大于300 MΩ，拆開電機(jī)通風(fēng)擋板，發(fā)現(xiàn)電機(jī)端部引線處根部有2處炸裂，4B開式泵電機(jī)故障明確。但4B空預(yù)器主電機(jī)跳閘，而其他所有輔機(jī)均未受影響的原因不明。

2 事件原因分析

B空預(yù)器切換過程中，其他400 V輔機(jī)均未發(fā)生切換，整個(gè)400 V系統(tǒng)的輔機(jī)中只有4B空預(yù)器主電機(jī)發(fā)生了跳閘。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器永磁改造后，空預(yù)器主、輔電機(jī)的400 V抽屜式開關(guān)控制回路發(fā)生了變化，改造后取B，C兩相380 V控制電源電壓(如圖2所示)，其他400 V抽屜式開關(guān)均取A相單相220 V控制電源電壓(如圖3所示)。

圖2 4B空預(yù)器主電機(jī)控制回路

圖3 其他400 V電機(jī)控制回路

從圖4所示的故障錄波圖形可以看出：IVB段發(fā)生了1～2個(gè)周波的短路故障，故障時(shí)間約30 ms；IVB段電壓經(jīng)過了4～5個(gè)周波的非正常電壓波形后正常，故障的同時(shí)產(chǎn)生了零序電壓。4B開式泵電機(jī)發(fā)生了BC相接地短路。

4B空預(yù)器與4B開式泵主電源均取自高壓廠用變壓器B側(cè)的IVB分支，4B空預(yù)器主電機(jī)電源取自保安IVB段，保安IVB段電源取自6 kV的IVB低壓廠用變壓器(以下簡稱低廠變)低壓側(cè)(如圖5所示)。4B開式泵BC相短路過程中，6 kV B側(cè)分支電壓下降，IVB低廠變低壓側(cè)對(duì)應(yīng)的BC線電壓降低，導(dǎo)致B空預(yù)器主電機(jī)380 V接觸器返回，4B空預(yù)器主電機(jī)跳閘，輔電機(jī)聯(lián)鎖動(dòng)作。由于B側(cè)其他400 V輔機(jī)控制電源均取自A相單相220 V交流電源，4A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行在A側(cè)，A側(cè)電壓未受影響正常運(yùn)行。

圖4 6 kV IVB段錄波

圖5 故障設(shè)備接線示意

不考慮繼電保護(hù)裝置能快速動(dòng)作的情況下，由于完全三相短路，變壓器低壓側(cè)無電壓，繼電保護(hù)和斷路器切除時(shí)間均大于接觸器臨界時(shí)間Δt，均可導(dǎo)致采用交流控制電源的設(shè)備全部跳閘[4]，故不考慮三相短路，主要考慮以下3種類型故障：單相接地、兩相短路、兩相接地短路。對(duì)于Dyn11接線的變壓器，高壓側(cè)出現(xiàn)這3種類型故障，低壓側(cè)三相電壓計(jì)算如下(下文中計(jì)算數(shù)值均為標(biāo)么值)。

以上文中的兩相接地短路故障為例，計(jì)算6 kV系統(tǒng)電源故障時(shí)400 V電壓下降值。設(shè)系統(tǒng)為無窮大系統(tǒng)，則6 kV系統(tǒng)兩相接地短路時(shí)，6 kV及400 V電壓計(jì)算如下(高壓(角)側(cè)使用大寫字母，低壓(星)側(cè)使用小寫字母，計(jì)算中均使用標(biāo)么值)[5]。

角側(cè)電壓

星側(cè)電壓

故障時(shí)，400 V系統(tǒng)電壓為

同理，可以計(jì)算出高壓側(cè)單相接地短路故障、兩相短路故障情況下，低壓側(cè)相電壓和線電壓下降幅度。經(jīng)過計(jì)算，高壓側(cè)各類故障情況下低壓側(cè)電壓見表1。

表1 故障情況下400 V電壓理論計(jì)算值

根據(jù)接觸器返回電壓特性和國標(biāo)GB 14048.4—2010《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-1部分》，單獨(dú)使用或裝在啟動(dòng)器中的電磁式接觸器，在85%～110%額定控制電源電壓(Us)應(yīng)可靠閉合；接觸器釋放和完全斷開的極限值是20%～75%Us(交流)[6-9]。此次事件中，當(dāng)高壓側(cè)BC相接地短路，低壓側(cè)Ubc控制電壓降低至50%額定電壓，小于接觸器釋放電壓75%Us后，接觸器釋放跳閘，B空預(yù)器主電機(jī)跳閘。

計(jì)算Dyn11接線角側(cè)各類故障情況下星側(cè)電壓，對(duì)單相控制電源及兩相控制電源能否可靠保持運(yùn)行(>75%Us)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。

表2 各類故障情況下控制電壓能否維持運(yùn)行

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)分析，設(shè)400 V設(shè)備控制電源取單相電源(220 V)作為控制電源，在以上3種故障情況下，接觸器能維持吸合運(yùn)行的概率為77.8%，而取兩相電源(380 V)作為控制電源，在以上3種故障發(fā)生情況下，接觸器能維持吸合運(yùn)行的概率為55.6%。相比較而言，取單相電源(220 V)作為控制電源，在高壓側(cè)發(fā)生各類故障情況下能維持接觸器吸合運(yùn)行的概率是取單相電源的1.4倍。故建議在400 V設(shè)計(jì)時(shí)宜選取單相電源作為接觸器控制電源。

3 解決措施

根據(jù)分析結(jié)果，在取交流動(dòng)力電源作為控制電源時(shí)，建議設(shè)計(jì)時(shí)宜選取單相電源(220 V)作為接觸器控制電源。

由于取單相電源作為控制電源，高壓側(cè)發(fā)生故障情況下，仍然可能導(dǎo)致接觸器失壓設(shè)備跳閘，故重要設(shè)備還是宜選取直流控制電源或UPS，避免高壓系統(tǒng)故障過程中可能導(dǎo)致的重要輔機(jī)跳閘，影響機(jī)組的運(yùn)行[10]。

4 結(jié)論

對(duì)此次400 V電機(jī)的一次異常跳閘情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)于Dyn11接線，角側(cè)故障可能導(dǎo)致星側(cè)電壓變化，對(duì)其他類型故障進(jìn)行了同樣的分析，并統(tǒng)計(jì)各類故障情況下高壓側(cè)故障可能影響低壓側(cè)400 V設(shè)備的運(yùn)行情況，結(jié)果表明，低壓側(cè)400 V設(shè)備宜選用單相電源(220 V)作為設(shè)備的控制電源。

將從系統(tǒng)接入的交流動(dòng)力電源作控制電源，無論哪種接線方式均無法徹底避免運(yùn)行設(shè)備受系統(tǒng)動(dòng)力電源的影響，故重要設(shè)備應(yīng)采用直流電源或UPS作控制電源，確保重要設(shè)備不受系統(tǒng)故障的影響。

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