變配電室直流系統(tǒng)接地故障分析及防范措施

金世強(qiáng) 樊銀濤

河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司機(jī)電檢修分公司 河北 唐山 063700

一、事故概述

研山鐵礦輥磨配電室近期發(fā)生多次直流系統(tǒng)接地故障,2021年2月24日綜保裝置和后臺頻繁出現(xiàn)外部合閘和外部分閘動作,部分高壓柜出現(xiàn)斷路器分位、變壓器非電量信號動作、分合位監(jiān)視繼電器動作,篩分車間變壓器跳閘。

二、事故分析

2月24日高壓輥配電室,GY1-1皮帶和16#皮帶(確定設(shè)備)等多個設(shè)備出現(xiàn)多處絕緣不良,造成直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地,造成綜保裝置和斷路器誤報(bào)、誤動、拒動等危害設(shè)備和人身安全的嚴(yán)重后果。輥磨配電室多條皮帶出現(xiàn)絕緣不良,造成直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地,是造成此次事故的主要原因。

三、事故原因

1.高阻多點(diǎn)接地引起綜保裝置誤報(bào)。

輥磨配電室多臺綜保裝置頻繁出現(xiàn)外部分合閘信號動作,該信號由綜保裝置F9和F6端子驅(qū)動,直流正極經(jīng)端子進(jìn)入綜保裝置后,對應(yīng)兩種元器件分合閘繼電器和光電耦合管,分合閘繼電器作用于斷路器分合閘線圈,光電耦合管用于綜保裝置和后臺外部分合閘信號報(bào)警,分合閘繼電器驅(qū)動電壓較高,光電耦合管驅(qū)動電壓為額定電壓的60%,直流系統(tǒng)任何一臺高壓柜出現(xiàn)正極接地,綜保裝置F6和F9前端出現(xiàn)高阻接地后,光電耦合管就會驅(qū)動,造成綜保裝置誤報(bào)。

2.容性電流和交直流串?dāng)_引起綜保裝置誤動及誤報(bào)。

(1)直流回路接地時情況分析。變壓非電量保護(hù)動作的四個開關(guān)量輸入和高壓柜去現(xiàn)場的信號,使用的控制電纜較長,存在一定的分布電容。電容為控制回路電纜分布電容的等值電容,電纜越長,此分布電容越大,其放電容量越大。由于電容兩端電壓不能突變,在接地的瞬間就會形成環(huán)流,此電流為分布電容的放電電流。該電流為一典型的逐步衰減的直流波形,等值電容Cf越大,即控制電纜越長、電容的放電時間越長。

(2)交直流串?dāng)_問題分析。交直流串?dāng)_問題實(shí)質(zhì)上也是直流回路一點(diǎn)接地問題,因直流系統(tǒng)是通過絕緣監(jiān)察裝置接地的,正常運(yùn)行時正負(fù)極不允許接地。而交流系統(tǒng)有地線,一旦交直流發(fā)生串?dāng)_,就會相應(yīng)形成直流回路一點(diǎn)接地。由以上分析可知,是相同的原因引起保護(hù)誤動作的。因此,繼電保護(hù)操作回路中不允許交直流有公共接線點(diǎn),以免引起交直流干擾。正常運(yùn)行時,直流系統(tǒng)絕緣良好,單一的直流耦合在跳閘繼電器中分壓很小,不足以使跳閘回路誤跳閘。

由于保護(hù)的動作信號繼電器與跳閘中間繼電器之問通常有二極管隔離,此二極管對交流電壓起整流作用,由于交直流的串?dāng)_將220 V交流電壓直接加入直流跳閘回路,而直流跳閘回路的二極管將對此交流電壓進(jìn)行半波整流,變成脈動電壓,交流電壓對控制電纜分布電容C的充放電過程將使脈動電壓趨于連續(xù)的電壓,此時跳閘中間繼電器的端電壓為U=U1+U2,跳閘中間繼電器的端電壓,一般情況下會遠(yuǎn)大于(0.55-0.60)U,即遠(yuǎn)大于中間繼電器的跳閘電壓,提高繼電器的動作功率很難解決,因此對于直流控制回路嚴(yán)禁交流混接。

研山輥磨配電室篩分變壓器綜保裝置,非電量信號同時動作,斷路器跳閘。綜保裝置分合閘回路和非電量回路中使用的光電隔離元件,最靈敏的導(dǎo)通電流僅1.4m A,因此無法完全避免由于使用較長控制電纜在發(fā)生直流回路一點(diǎn)接地或交直流串?dāng)_故障時,由于電容電流造成的綜保裝置誤報(bào)及非電量保護(hù)誤動作情況。

3.直流系統(tǒng)多點(diǎn)實(shí)接地引起綜保裝置和斷路器誤動、拒動。

(1)直流系統(tǒng)正極多點(diǎn)實(shí)接地造成綜保裝置誤動。

直流系統(tǒng)中任何一臺高壓柜發(fā)生正極實(shí)接地后,綜保裝置外部分合閘端子前端發(fā)生實(shí)接地,該綜保裝置內(nèi)的分合閘繼電器就會被驅(qū)動,斷路器發(fā)生分合閘動作,出現(xiàn)誤動嚴(yán)重后果。

(2)直流系統(tǒng)負(fù)極多點(diǎn)實(shí)接地造成斷路器拒動。

直流系統(tǒng)中任何一臺高壓柜發(fā)生負(fù)極實(shí)接地后,高壓柜斷路器的分合閘線圈前端發(fā)生實(shí)接地,該斷路器的分合閘線圈就會被短接,造成斷路器拒動嚴(yán)重后果。

(3)直流系統(tǒng)正負(fù)極接地電源開關(guān)跳閘,配電室控制系統(tǒng)失電。

直流系統(tǒng)中負(fù)載前段同時發(fā)生正負(fù)極實(shí)接地后,對于直流系統(tǒng)母線來說,就是短路,直流屏電源開關(guān)跳閘,造成整段直流電源母線失電。高壓系統(tǒng)控制電源缺失,若不及時處理,造成綜保裝置保護(hù)失效、無法分合閘等嚴(yán)重故障。

本次事故主要原因是由于現(xiàn)場設(shè)備多點(diǎn)接地,造成多臺綜保裝置誤報(bào),變壓器非電量誤動。直流系統(tǒng)是高壓供電系統(tǒng)的重要部分,直接影響配電室的穩(wěn)定運(yùn)行。

四、預(yù)防措施

1.加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。維修電工要及時對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù),對絕緣損害的控制電纜及時進(jìn)行更換,現(xiàn)場裸露設(shè)備做好防水處理,對易發(fā)生絕緣損壞的地方要加強(qiáng)日常巡視,發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2.各級單位重視直流系統(tǒng)接地故障,及時發(fā)現(xiàn)及時處理。配電運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)接地故障后及時通知各單位相關(guān)人員,并說明故障影響范圍及可能造成的后果,維修人員及時到達(dá)現(xiàn)場,查看直流屏運(yùn)行數(shù)據(jù),評估接地點(diǎn)可能造成的影響,在條件允許的情況,及時處理故障,防止故障范圍擴(kuò)大化,造成嚴(yán)重事故。

3.變配電室直流系統(tǒng)電源改造。高壓配電室直流供電系統(tǒng)進(jìn)行改造,加裝隔離變壓器,實(shí)現(xiàn)高壓配電室與現(xiàn)場設(shè)備電源隔離,現(xiàn)場設(shè)備采用交流不接地系統(tǒng),加裝絕緣監(jiān)測,運(yùn)行方式與改造前相同,不影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,現(xiàn)場設(shè)備接地后對配電室的直流系統(tǒng)不造成任何影響,根本解決該配電室易發(fā)生接地故障的現(xiàn)狀,保障了配電室設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語

綜上所述,本文結(jié)合對研山鐵礦輥磨配電室接地故障的原因分析,提出幾點(diǎn)防范措施,希望能夠?yàn)橥愂鹿屎凸收咸峁┮恍┯行У慕ㄗh和意見,以此保障變配電室的安全穩(wěn)定運(yùn)行。