一起因電焊引起的機組跳閘事件原因分析及接地方式探討

彭煜民

（清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東清遠511800）

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一起因電焊引起的機組跳閘事件原因分析及接地方式探討

彭煜民

（清遠蓄能發(fā)電有限公司，廣東清遠511800）

摘要：電站設備遭受電磁干擾引起的故障分析與定位歷來都是設備維護人員的棘手難題。本文通過對一起因電焊引起機組跳閘事件的根本原因分析查找，對電磁干擾的產(chǎn)生原因和途徑進行了分析，對盤柜及電纜的接地方式進行了探討。

關鍵詞：電焊；機組跳閘；原因分析；接地方式

1　前言

每個電站廠房內都充斥著大量的電磁輻射和干擾。由于設備本身特性、接地方式、電纜屏蔽方式、設備安放位置、周邊環(huán)境等因素各異，設備受到的電磁干擾也強弱不同，加之電磁干擾是無形的，電站設備遭受電磁干擾引起的故障分析與定位歷來是設備維護人員的棘手難題。本文通過對一起因電焊引起的機組跳閘事件的根本原因分析查找，對電磁干擾的產(chǎn)生原因和途徑進行了深入分析，對盤柜及電纜的接地方式進行了探討。

2　跳閘事件經(jīng)過及簡要分析

2012年06月19日15∶43，廣蓄B廠5號機組啟動發(fā)電工況運行。16∶06，5號機組因振動系統(tǒng)振動保護跳閘信號動作而跳機停運。

查看機組跳閘時刻的事件記錄，發(fā)現(xiàn)16∶06∶11時同時出現(xiàn)多個測點振動過高報警。查看機組跳機前運行振動曲線，沒有發(fā)現(xiàn)振動數(shù)值突變異常的情況，且跳機前振動數(shù)值均遠低于報警值。經(jīng)綜合分析，基本排除機組實際振動高引起跳機的可能。

在進行機組跳閘原因分析過程中，技術人員在事件記錄中發(fā)現(xiàn)19∶10至19∶26反復多次出現(xiàn)與5號機跳機時一樣的振動越限報警（共11次），經(jīng)確認當時機械人員正在蝸殼層用電焊機處理尾水管處的裂縫，懷疑5號機組跳閘與電焊機的使用有關。

經(jīng)現(xiàn)場調查分析與試驗，結果證明是工作人員在蝸殼層（主廠房一層）使用電焊機使得發(fā)電機層（主廠房四層）5號機振動裝置受到強烈干擾造成機組因振動高而跳閘。

發(fā)電機層5號機振動裝置受干擾情況如圖1所示。

圖1　振動卡件受干擾情況

為了找到工作人員在主廠房一層進行電焊作業(yè)對四層設備產(chǎn)生干擾的根本原因，技術人員進行了深入的技術分析。

3　廣蓄B廠振動系統(tǒng)接地方式現(xiàn)狀

B廠每臺機組分別安裝一套獨立的振動監(jiān)測裝置，其中6、8號機已升級改造為新系統(tǒng)，5、7號機仍為舊系統(tǒng)。

振動測量分為絕對振動和相對擺度兩類。其中4臺機組擺度測量通道和6、8號機上下導及軸向振動測量通道的屏蔽層均為在振動盤柜側一點接地；5、7號機組及6、8號機組水導水平絕對振動測量通道屏蔽層則為在盤柜和傳感器兩側均接地。兩點接地示意圖如圖2所示。

圖2　振動測量通道兩點接地示意圖

需要說明的是，傳感器本身是安裝在發(fā)電機機架上，傳感器側屏蔽層接地只是將屏蔽層與傳感器外殼相連，通過機架直接接地；盤柜側接地則接入用銅條連接的接地網(wǎng)中。

4　跳閘事件根本原因分析

據(jù)調查，工作人員使用的電焊機類型為氬弧焊機。

氬弧焊采用高頻引弧。此時，由于焊機利用頻率達幾十萬赫茲，高達數(shù)千伏的高頻高壓擊穿空氣間隙形成電弧，因此高頻引弧是一個很強的電磁干擾源。

廠房存在的電磁干擾一部分是以射頻輻射的方式被直接接收的，但大多數(shù)電磁干擾是通過瞬時傳導被接收的。由于一層和四層隔了幾層鋼筋混凝土樓板，因此氬弧焊機通過輻射傳播的可能性不大，通過載體傳導為主要懷疑方向。

從圖1中可以看出，所有振動通道的卡件均受到強烈干擾，因此受干擾的肯定是這些測量通道的公共部分，即供電電源或接地網(wǎng)。

為了確定是振動系統(tǒng)供電電源還是地網(wǎng)受到干擾，技術人員進行了測試，在電焊機焊槍開啟時，分別測量電源和地網(wǎng)的電壓情況，結果如下：

1）供電電源電壓在焊槍開啟期間一直保持平穩(wěn)，說明電源未受干擾，如圖3所示。

圖3　焊槍開啟期間電源電壓波形圖

2）解開上導振動通道盤柜側的接地線（傳感器側接地線未解開），測量屏蔽線對盤柜側地網(wǎng)的電壓，發(fā)現(xiàn)在焊槍開啟前屏蔽線對地電壓為0，焊槍開啟后對地電壓峰值大約為1VAC，如圖4所示。

圖4　焊槍開啟前后屏蔽線對地網(wǎng)電壓波形圖

從圖4可以看出，在焊槍開啟后屏蔽層對盤柜地網(wǎng)產(chǎn)生了高頻的交流電壓（電焊機所用檢修電源與振動盤柜為同一接地網(wǎng)），由于傳感器側接地線未解除，說明圖4所示的高頻電壓即為振動測量通道2個接地點之間的電位差。正是由于屏蔽線兩點接地處存在電位差，使得屏蔽層中產(chǎn)生環(huán)流和交變磁場，導致振動測量通道中的模擬信號受到強烈干擾，造成機組因振動信號誤動而跳閘。

5　接地方式改進分析

根據(jù)GB 50217-2007《電力工程電纜設計規(guī)范》控制電纜金屬屏蔽的接地方式要求：計算機監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號回路控制電纜屏蔽層，不得構成兩點或多點接地，宜用集中式一點接地。

為了測試屏蔽層一點接地電焊機對信號的干擾情況，技術人員分別解開盤柜側和傳感器側的接地線，發(fā)現(xiàn)：在保留盤柜側接地線而解開傳感器側接地線時，電焊機焊槍開啟對振動信號的干擾仍舊非常大；而在保留傳感器側接地線解開盤柜側接地線時，電焊機焊槍開啟對振動信號的干擾變得很小。分析原因如下：

在保留盤柜側屏蔽層接地線而解開傳感器側接地線時（如圖5所示），雖然屏蔽電纜在傳感器側的接地線已解開，但由于屏蔽層與電纜線芯之間存在著分布電容，盤柜地網(wǎng)所帶交流電壓仍會通過屏蔽層與電纜線芯之間的分布電容疊加到振動測量卡件的輸入端，對卡件信號產(chǎn)生干擾。

圖5　盤柜側一點接地示意圖

在保留傳感器側屏蔽層接地線而解開盤柜側接地線時（如圖6所示），現(xiàn)場測試結果是電焊機對振動信號的干擾很小，這與接地點的部位緊密相關。盤柜側的接地點為廠房用銅條相連的接地網(wǎng)，電焊機對地網(wǎng)的影響很容易就傳導到盤柜側的接地點。而傳感器側的接地點是發(fā)電機機架，機架是嵌入在鋼筋混泥土中的，因為鋼筋混泥土的分隔，使得電焊機對地網(wǎng)產(chǎn)生的交流電壓在進入混泥土時就已經(jīng)消失，因此傳感器側接地點的點位始終為零，也就沒有多余信號疊加到振動信號中。

圖6　傳感器側一點接地示意圖

6　接地方式改進措施與總結

根據(jù)B廠振動系統(tǒng)的接地現(xiàn)狀，提出以下改進措施：

將所有機組絕對振動通道屏蔽層接地改為在傳感器側一點接地。逐個通道測試在這種接地方式下對講機的干擾情況，如果干擾情況比較大，可對個別通道采用兩點接地方式。

從實踐經(jīng)驗來看，無論一點接地還是兩點接地都有其優(yōu)點和局限性。一點接地能很好的抑制靜電干擾，但對通過空間傳播的電磁干擾如對講機抑制效果不明顯；兩點接地能較好的抑制空間傳播的電磁干擾，但對通過載體傳導的電磁干擾因為易產(chǎn)生環(huán)流而可能放大干擾的影響。因此是一點接地還是兩點接地需根據(jù)設備實際安裝位置和環(huán)境來分析確定。

參考文獻：

[1]GB 50217-2007電力工程電纜設計規(guī)范[S].

作者簡介：彭煜民（1979-），男，高級工程師，從事設備調試和維護管理工作。

收稿日期：2015-06-18

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.016

中圖分類號：TM642

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）04-0049-03