高壓電機(jī)短路跳閘再啟導(dǎo)致受電保護(hù)越級(jí)跳閘的分析及對(duì)策

劉智成

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

某鋼廠供配電系統(tǒng)變電站所實(shí)行集中控制管理，配出10 kV 開關(guān)站實(shí)現(xiàn)無人值守，對(duì)于下級(jí)開關(guān)站頻繁啟停設(shè)備只能采取強(qiáng)制發(fā)允許方式，才能保證正常的生產(chǎn)。下級(jí)開關(guān)站配出大量的電機(jī)類負(fù)荷并由現(xiàn)場(chǎng)控制啟停。而電機(jī)類負(fù)荷又分為兩種：一種是大功率電動(dòng)機(jī)，如鼓風(fēng)機(jī)、抽煙機(jī)、破碎機(jī)等，運(yùn)行特點(diǎn)是不需要頻繁啟停，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，隨生產(chǎn)停機(jī)機(jī)會(huì)少；而另一種是需要頻繁啟停小功率電機(jī)，如水泵、膠帶機(jī)等，其運(yùn)行特點(diǎn)是不規(guī)律的，隨時(shí)啟停，部分電機(jī)運(yùn)行工況較為惡劣，故障率較高。

統(tǒng)計(jì)顯示中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)大部分故障為單相接地故障，而發(fā)生單相故障最多的設(shè)備就是這些小功率的電機(jī)類設(shè)備。集控站離無人值守站較遠(yuǎn)，電機(jī)類設(shè)備故障后崗位人員不能及時(shí)確認(rèn)故障設(shè)備，并將設(shè)備隔離，工序人員未確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)，不清楚設(shè)備是否存在故障，盲目操作啟停機(jī)，易再次合閘于故障點(diǎn)，系統(tǒng)多次受到故障沖擊，給電力系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備的安全運(yùn)行埋下隱患。

1 受電保護(hù)越級(jí)跳閘詳細(xì)故障原因分析

2019 年7 月30 日12:55:31 煉鐵開關(guān)站10 kV 1#高爐渣處理1#?；鼭{泵ABC 相過流一段保護(hù)動(dòng)作跳閘（整定值118 A、動(dòng)作值27 91 A），12:55:49:923 套管零序過流保護(hù)動(dòng)作跳閘（整定值5A、動(dòng)作值19.6 A）；12:55:50:026 煉鐵開關(guān)站10 kV 一受電ABC 相過流一段保護(hù)動(dòng)作跳閘（整定值4 200 A、動(dòng)作值10 923 A），同時(shí)鐵前變電所10 kV 煉鐵一回ABC 相過流一段保護(hù)動(dòng)作跳閘（整定值4 560 A、動(dòng)作值10 914 A）。

影響范圍：燒結(jié)開關(guān)站10 kV 1#抽煙機(jī)非電量4“斷勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作跳閘”，2#抽煙機(jī)非電量3“斷勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作跳閘”；選礦開關(guān)站6kV1-1、5-2、6-1、7-1、7-2、8-1、9-2 共7 臺(tái)球磨低電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘；煉鐵一泵站低壓2 臺(tái)泵，7 臺(tái)冷空氣風(fēng)機(jī)跳電；噴煤空壓站3#空壓機(jī)跳閘；低壓2 臺(tái)水泵跳電；1#、2#高爐減風(fēng)。

1.1 故障原因1：高爐渣處理粒化渣漿泵電機(jī)繞組存在相間短路

圖1為高爐渣處理?；鼭{泵故障時(shí)刻三相電流和電壓錄波波形，由波形分析高爐渣處理?；鼭{泵電機(jī)啟機(jī)時(shí)三相電流突增，三相電壓突降，出現(xiàn)三相短路故障，導(dǎo)致過流一段保護(hù)動(dòng)作跳閘。過流一段動(dòng)作電流2 791.8 A，整定電流118 A，時(shí)限0 s，保護(hù)啟動(dòng)出口用時(shí)30 ms，斷路器分閘用時(shí)45 ms，故障持續(xù)75 ms，斷路器跳閘后故障解除，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常。

圖1 粒化渣漿泵故障時(shí)刻三相電流和電壓錄波波形

1.2 故障原因2：18 s 后?；鼭{泵再啟合閘于故障點(diǎn)

圖2為高爐渣處理?；鼭{泵再啟合閘于故障點(diǎn)時(shí)刻A、B、C 三相電流和電壓錄波波形，由波形可以看出電機(jī)再啟后仍然存在三相短路，微機(jī)保護(hù)裝置過流一段啟動(dòng)動(dòng)作，動(dòng)作電流2 800 A，67 ms后，A相電流降為零，B、C 相電流仍顯示短路電流，A 相電壓升高，B、C 相電壓未恢復(fù)正常，直至0.2 s 后受電微機(jī)保護(hù)過流一段動(dòng)作，動(dòng)作電流10 923 A，整定電流4 200 A，時(shí)限0.2 s，受電跳閘10 kV 母線失壓，故障消失，系統(tǒng)恢復(fù)正常。由三相電流及電壓波形可見保護(hù)動(dòng)作出口后，B、C相仍然存在短路電流，電壓也未恢復(fù)正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)高爐渣處理?；鼭{泵開關(guān)柜斷路器由于機(jī)構(gòu)故障B、C 相分閘不到位，導(dǎo)致受電越級(jí)跳閘。

圖2 ?；鼭{泵再啟合閘于故障點(diǎn)時(shí)刻三相電流和電壓錄波波形

綜上分析，造成此次受電保護(hù)越級(jí)跳閘的主要原因有兩方面。（1）高爐渣處理粒化渣漿泵斷路器機(jī)構(gòu)存在隱形缺陷，分閘不到位，未將故障徹底切除。（2）高爐渣處理?；鼭{泵控制回路中允許合閘繼電器采取強(qiáng)制允許策略，從而失去對(duì)合閘回路控制功能，保護(hù)動(dòng)作跳閘后不能實(shí)現(xiàn)閉鎖合閘回路功能。

下一步將針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作跳閘后閉鎖合閘回路，防止現(xiàn)場(chǎng)再啟合閘于故障點(diǎn)造成事故擴(kuò)大制定相關(guān)控制措施。

2 對(duì)策分析

一次設(shè)備連續(xù)兩次受短路電流沖擊，給電力系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備的安全運(yùn)行埋下隱患，綜合考慮既可以防止高壓電機(jī)合閘于故障，又不影響正常生產(chǎn)操作的功能，制定3條可供選擇的措施。

（1）保護(hù)事故總啟動(dòng)中間繼電器閉鎖合閘回路，本措施利用保護(hù)裝置事故總繼電器的特點(diǎn)，采取在控制回路中用事故總常開接點(diǎn)啟動(dòng)中間繼電器，將中間繼電器常閉接點(diǎn)串入合閘回路，將中間繼電器常開接點(diǎn)接入遙信回路，在中間繼電器吸合時(shí)閉鎖合閘回路，同時(shí)向后臺(tái)發(fā)送事故閉鎖合閘信號(hào)以便于崗位人員監(jiān)控，具體改造回路如圖3所示。

圖3 保護(hù)事故總啟動(dòng)中間繼電器閉鎖合閘回路

優(yōu)點(diǎn)：事故閉鎖中間繼電器常閉接點(diǎn)串入合閘控制回路，有效防止保護(hù)動(dòng)作跳閘后現(xiàn)場(chǎng)再次啟機(jī)的可能，且將事故閉鎖中間繼電器常開接點(diǎn)接入遙信回路，后臺(tái)完善信號(hào)報(bào)文，提醒崗位人員設(shè)備發(fā)生故障跳閘。

缺點(diǎn)：回路中需增加元件（中間繼電器），增加了回路復(fù)雜性。事故總接點(diǎn)為常開接點(diǎn)，在保護(hù)裝置失去電源時(shí)將返回，失去閉鎖作用。

（2）將“事故信號(hào)”送至現(xiàn)場(chǎng)PLC,由PLC 閉鎖合閘，本措施利用保護(hù)裝置事故總繼電器的特點(diǎn)，采取將“事故信號(hào)”（事故總常開接點(diǎn)與斷路器跳位輔助接點(diǎn)串聯(lián)）送至現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)程序編程，在收到“事故信號(hào)”時(shí)閉鎖PLC 合閘輸出并發(fā)出告警，提醒崗位操作工，具體改造回路如圖4所示。

圖4 PLC閉鎖合閘回路

優(yōu)點(diǎn)：“事故信號(hào)”由事故總常開接點(diǎn)與斷路器常閉接點(diǎn)串聯(lián)構(gòu)成，增加回路可靠性；回路中無需增加元件，回路改動(dòng)少；將“事故信號(hào)”送至現(xiàn)場(chǎng)PLC，由PLC 完成事故邏輯判斷并閉鎖合閘輸出，同時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)崗位人員發(fā)出事故告警信號(hào)，提醒崗位人員設(shè)備發(fā)生故障已跳閘，禁止再啟動(dòng)。

缺點(diǎn)：部分設(shè)備機(jī)旁合、分閘和PLC 合、分閘單獨(dú)接至高壓柜，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)回路進(jìn)行改造，所有合、分閘信號(hào)必須通過PLC 控制出口才能滿足此方案；事故總接點(diǎn)為常開接點(diǎn)，在保護(hù)裝置失去電源時(shí)將返回，失去閉鎖作用。

（3）保護(hù)事故總信號(hào)復(fù)歸M5025（允許合閘繼電器）閉鎖合閘，本措施利用保護(hù)裝置事故總繼電器的特點(diǎn)，將事故總常開接點(diǎn)接入M5025 復(fù)歸回路，取消斷路器合位自動(dòng)復(fù)歸M5025 回路，原回路中M5025 常開接點(diǎn)串入現(xiàn)場(chǎng)合閘回路，M5025 復(fù)歸后常開接點(diǎn)斷開，閉鎖現(xiàn)場(chǎng)合閘回路，同時(shí)向后臺(tái)發(fā)出允許撤回信號(hào)，便于運(yùn)行人員監(jiān)控，具體改造回路如圖5所示。

圖5 保護(hù)事故總信號(hào)復(fù)歸M5025閉鎖合閘回路

優(yōu)點(diǎn)：回路中無需增加元件，回路改動(dòng)少；保護(hù)裝置遙控允許為瞬動(dòng)接點(diǎn)，保持時(shí)間在200 ms，M5025 線圈采用磁保持雙線圈，在裝置遙控接點(diǎn)返回后靠磁保持在置位狀態(tài)，滿足長(zhǎng)期給允許條件；M5025 常開接點(diǎn)接入裝置遙信回路，并在后臺(tái)完善允許監(jiān)控畫面，提醒崗位人員監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)允許在什么狀態(tài)；M5025正常運(yùn)行時(shí)線圈不帶電，有效解決了發(fā)熱問題。

缺點(diǎn)：無。

3 方案論證

以上3 條措施的制定，結(jié)合各自的優(yōu)缺點(diǎn)從安全性、控制效果、材料成本、改造難度、操作便利性5個(gè)方面進(jìn)行了綜合評(píng)定，見表1。

表1 三種方案的比較

通過比較得出：方案三略優(yōu)于方案一，方案二各項(xiàng)指標(biāo)最低可以放棄。最終結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況決定，對(duì)現(xiàn)有高壓柜不具有M5025 繼電器的，采用方案一，在柜內(nèi)安裝中間繼電器，完成相應(yīng)閉鎖和監(jiān)視功能；對(duì)現(xiàn)有高壓柜已有M5025 繼電器的，采用方案三，保護(hù)動(dòng)作后復(fù)歸M5025 繼電器即可實(shí)現(xiàn)閉鎖和監(jiān)視功能。

4 結(jié)論

通過本次故障分析，提出了解決方案，并對(duì)方案論證及實(shí)施，從根本上解決了“高壓電動(dòng)機(jī)故障保護(hù)動(dòng)作切除后再次誤合于故障點(diǎn)”的難題。從技術(shù)角度對(duì)電機(jī)類設(shè)備控制回路改造可行性進(jìn)行了研究，并提出了3 種可行的方案，以低改造成本，高可靠性和安全性完成了改造，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行增加一份保障。