一起交流串入直流導(dǎo)致機(jī)組跳閘的事故分析

楊 奇

（京能集團(tuán)山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046021）

一起交流串入直流導(dǎo)致機(jī)組跳閘的事故分析

楊 奇

（京能集團(tuán)山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)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(hào)發(fā)變組故障跳閘的事故。通過(guò)對(duì)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(shí)方法，并針對(duì)二次電纜、出口繼電器的設(shè)計(jì)、檢修等提出了相對(duì)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(jī)組并網(wǎng)后在高壓廠用電切換過(guò)程中，發(fā)電機(jī)變壓器組（以下簡(jiǎn)稱發(fā)變組）出口202斷路器跳閘最終引起機(jī)組全停。該機(jī)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(jī)出口不設(shè)斷路器。發(fā)變組保護(hù)屏配置雙套南自公司 DGT801A保護(hù)裝置、一套 DGT801A非電量保護(hù)裝置及 LY-32三相雙跳操作箱。

1　故障過(guò)程

2013年7月18日晚22時(shí)許，機(jī)組負(fù)荷180MW，檢查機(jī)組各項(xiàng)工況運(yùn)行正常，滿足高壓廠用電切換要求，值長(zhǎng)令#2機(jī)組高壓廠用電由#1啟備變接帶切至#2機(jī)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(jī)組DGT801非電量保護(hù)裝置“熱工保護(hù)”動(dòng)作，跳勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁開(kāi)關(guān)，關(guān)汽輪機(jī)主氣門。檢查DCS畫面首出“發(fā)電機(jī)斷路器跳閘”。同時(shí)機(jī)組110V直流系統(tǒng)閃發(fā)接地信號(hào)，事故后查看機(jī)組 110V直流Ⅰ段母線負(fù)極對(duì)地電阻為 4kΩ，負(fù)極對(duì)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(shí)故障錄波圖，如圖1所示。發(fā)電機(jī)機(jī)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(wú)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(hào)，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(shí)斷開(kāi)，550ms時(shí)熱工保護(hù)動(dòng)作，隨后約60ms高廠變低壓側(cè)出口斷路器與滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

圖1　202斷路器跳閘時(shí)故障錄波圖

2.2DCS邏輯檢查

檢查DCS邏輯“發(fā)電機(jī)斷路器跳閘”邏輯為斷路器位置接點(diǎn)“3取2”邏輯：即取3個(gè)斷路器位置接點(diǎn)，當(dāng)同時(shí)有2個(gè)接點(diǎn)指示斷路器斷開(kāi)時(shí)，DCS判斷出口斷路器斷開(kāi)，發(fā)“熱工保護(hù)”至發(fā)變組DGT801A非電量保護(hù)裝置，出口方式為機(jī)組全停。

2.3直流接地檢查

從故障錄波圖及 DCS發(fā)電機(jī)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(shí)存在直流系統(tǒng)接地報(bào)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(kāi)發(fā)現(xiàn)主變冷卻器控制箱至主變端子箱交流電源線嚴(yán)重?zé)梗覍⑾噜徶绷骺刂齐娎|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(yùn)行時(shí)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(huì)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(guò)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(shí)測(cè)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(guò)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(shí)誤將開(kāi)環(huán)點(diǎn)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(jī)組6kV母線A段、B段分別接21汽機(jī)變、22汽機(jī)變，21汽機(jī)變、22汽機(jī)變分別接汽機(jī)PCA段、汽機(jī)PCB段380V母線。#2主變冷卻器控制箱兩路電源分別從汽機(jī)PCA段母線、汽機(jī)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(guò)4mm2導(dǎo)線將380V母線A段、B段合環(huán)造成過(guò)電流。

當(dāng)6kV廠用電母線A段切換完成后，A段由#2機(jī)組接帶，B段由#1啟備變接帶，經(jīng)兩臺(tái)汽機(jī)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(shí)過(guò)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?yàn)椋?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(guò)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(shí)過(guò)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(hù)判斷202斷路器跳閘后又發(fā)信號(hào)至發(fā)變組非電量保護(hù)裝置，最終機(jī)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(diǎn)接地不會(huì)引起斷路器跳閘，即使兩點(diǎn)接地，也只能造成單一斷路器跳閘。交流量竄入直流回路時(shí)，若無(wú)對(duì)地分布電容的影響，一般情況下只會(huì)引起直流瞬間接地而無(wú)嚴(yán)重后果。但當(dāng)跳閘回路分布電容較大時(shí)，交流電源 AC與跳閘繼電器電纜對(duì)地電容C構(gòu)成回路，充放電功率大于出口繼電器動(dòng)作功率時(shí)，繼電器抖動(dòng)達(dá)到一定數(shù)值就會(huì)引起跳閘，跳閘原理及現(xiàn)場(chǎng)模擬回路如圖 3所示，STJ為手跳繼電器，BTJ-1為第一組保護(hù)跳閘繼電器，BTJ-2為第二組保護(hù)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?qǐng)D 3接線方式現(xiàn)場(chǎng)模擬斷路器操作箱動(dòng)作情況。外接24V直流電源將繼電器STJ的常開(kāi)接點(diǎn)與電阻R串聯(lián)，示波器通道1接電阻R兩端電壓，當(dāng)STJ繼電器動(dòng)作、接點(diǎn)閉合后，示波器通道1（電阻R兩端）即可檢測(cè)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(duì)外回路產(chǎn)生影響，將操作箱電源及外回路二次線甩開(kāi)，在繼電器STJ正極接0.75μF的電容（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)繼電器 STJ正極電纜對(duì)地電容約0.75μF，繼電器BTJ-1正極電纜對(duì)地0.72μF，繼電器BTJ-2正極電纜對(duì)地0.24μF。電容值越大，對(duì)應(yīng)交流阻抗越小，所以對(duì)繼電器STJ進(jìn)行試驗(yàn)），負(fù)端接交流調(diào)壓器AC。電壓升至40V時(shí)，繼電器STJ接點(diǎn)有抖動(dòng)的聲音，電壓升高至77V時(shí)，繼電器STJ接點(diǎn)出現(xiàn)20ms周期的瞬時(shí)閉現(xiàn)象如圖4（a）所示，兩側(cè)電壓 45V；電壓升高至 100V時(shí)，繼電器 STJ接點(diǎn)持續(xù)閉合時(shí)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(shí)，STJ接點(diǎn)閉合時(shí)間約15ms。實(shí)際交流串入直流時(shí)，由于直流電源疊加的影響，交流動(dòng)作電壓會(huì)更小，從圖4中可明確看到交流串入直流對(duì)跳閘繼電器的影響。

圖4　繼電器接點(diǎn)抖動(dòng)與接點(diǎn)閉合10ms

3.2交流串入直流故障辨識(shí)

參照國(guó)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(hù)裝置均未動(dòng)作。

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

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

4）斷路器跳閘時(shí)操作箱伴隨有繼電器接點(diǎn)抖動(dòng)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(jì)，并在端子上明確標(biāo)注。

2）避免同一繼電器、接觸器輔助接點(diǎn)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)同時(shí)接有交直流信號(hào)，若無(wú)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(duì)控制系統(tǒng)采用交直流雙供電的開(kāi)關(guān)電源時(shí)，應(yīng)注意選用交流輸入端有隔離變壓器的開(kāi)關(guān)電源，其中隔離變壓器的負(fù)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(kāi)關(guān)跳合閘試驗(yàn)時(shí)，做好斷路器操作回路的隔離措施，嚴(yán)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(jì)，對(duì)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(shí)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(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)環(huán)點(diǎn)回路管理）；合理規(guī)范二次電纜的路徑，盡可能離開(kāi)高壓母線、避雷器等的接地點(diǎn)，減少迂回，縮短二次電纜的長(zhǎng)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(fù)荷合理分配到不同的母線段，發(fā)電廠機(jī)組與升壓站直流系統(tǒng)要獨(dú)立，盡量減少交流串入直流時(shí)對(duì)相關(guān)設(shè)備的影響。

9）盡快完成直流正負(fù)對(duì)地絕緣電壓接入故障錄波器，直流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(duì)可能引起誤動(dòng)的開(kāi)入量采用光電隔離轉(zhuǎn)換，以避免外回路的干擾信號(hào)對(duì)保護(hù)裝置產(chǎn)生影響。

2）直接跳閘回路有長(zhǎng)電纜控制時(shí)增加大功率重動(dòng)繼電器（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)增加功率5W的重動(dòng)繼電器后工頻交流電源至250V時(shí)不動(dòng)作）。

3）操作箱設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)中間繼電器的反措要求執(zhí)行。

4）增加可引起誤動(dòng)開(kāi)入量的動(dòng)作時(shí)間，使動(dòng)作時(shí)間大于20ms，以降低靈敏度，這種方法可以有效地躲過(guò)交流量竄入時(shí)帶來(lái)的干擾（由圖4可看出效果），但需兼顧繼電保護(hù)裝置速動(dòng)性的要求。

［1］ 臧斌， 張建勛， 王海英， 等. 交流串入直流系統(tǒng)引起500kV 斷路器跳閘分析［J］. 山東電力技術(shù)， 2013，20（4）： 48-51.

［2］ 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.

［3］ 胡晶晶， 曾麗. 交流串入直流造成 500kV主變壓器無(wú)故障跳閘的分析及改進(jìn)措施［J］. 四川電力技術(shù)，2012， 34（3）： 61-63.

［4］ 關(guān)玉文. 交流電源串入直流回路誤動(dòng)事故［J］. 云南電力技術(shù)， 2013， 20（2）： 100-101.

［5］ 王家華. 一起復(fù)雜的交流串入直流系統(tǒng)故障的分析與處理［J］. 貴州水力發(fā)電， 2010， 17（1）： 74-76.

［6］ 李葉青. 交流串入直流回路引起保護(hù)誤動(dòng)分析［J］.電工技術(shù)， 2009， 30（11）： 30-31.

［7］ 馬迎新， 田建光， 徐忱. 變電站二次系統(tǒng)交流串入直流回路對(duì)繼電器的影響試驗(yàn)研究［J］. 電工文摘，2012， 4（6）： 30-36.

［8］ 孟凡超， 高志強(qiáng)， 楊書東. 交流串入直流回路引起開(kāi)關(guān)跳閘的原因分析［J］. 繼電器， 2007， 35（14）： 77-78.

［9］ 邱關(guān)源原， 羅先覺(jué)修訂. 電路［M］. 5版. 北京： 高等教育出版社， 2006.

［10］ 賀家李， 宋從矩. 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］. 4版.北京： 中國(guó)電力出版社， 2004.

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(zhǎng)治市人，助理工程師，從事繼電保護(hù)與勵(lì)磁調(diào)試工作。