交流電串入110V直流回路引起開關誤動原因分析與預防

李勝江

[摘 ?要]通過某電廠6kV電動機FC開關熔斷器裸露金屬部分與直流插件破損套管接觸，引起6kV系統(tǒng)諧振、接地，交流串入直流回路，導致開關誤動的原因分析，明確了根本原因是開關控制回路對地分布電容大，串入交流后，容抗小，開關跳、合閘線圈動作電壓低，交流電經(jīng)電容與開關跳、合閘線圈構成通路，開關誤動，并提出預防措施。

[關鍵詞]交流串入直流 ?分布電容大 ?開關誤動 ?原因分析 ?預防

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0273-02

前言

火力發(fā)電廠中，110V直流電源因輸出電壓恒定，不周期性變化，通常作為繼電保護、自動裝置、信號回路以及斷路器分、合閘出口繼電器控制電源等。當前微機繼電保護裝置各繼電器動作功率小、低電位下動作迅速。跳、合閘回路電纜較長，對地分布電容大，恒定的直流電壓下，電容相當于開路狀態(tài)，儲存的電荷不會釋放掉。交流電輸出電壓通常做正弦周期性變化的，對分布電容大回路，當有足夠大電壓等級的交流電通過時，正弦電壓正周期內(nèi)電容充電，負周期內(nèi)電容放電，相當于交流電作用下電容容抗小，容易使動作功率小的繼電器動作，極易引起開關誤動作。

1 事故概述

某電廠裝機容量為6×200MW，2012年5月開始進行 3、4號機組脫硫系統(tǒng)工程改造，發(fā)電機出口各新增了一臺高壓脫硫變壓器，發(fā)電組保護同時進行了改造，2012年8月16日3號機組并網(wǎng)發(fā)電。8月22日2時50分機組正常運行，有功功率125MW，發(fā)電機定子電壓15856V，定子電流4761A，轉子電壓220V，轉子電流1075A。4號機組改造停運，4號機組6kVⅣA、ⅣB段送電備用的負荷有：二期5號除灰空壓機，4號爐1號、2號送風高、低速電機，2號循環(huán)水泵高速電機，4號爐1號、2號磨煤機、1號排粉機，4號爐1號、2號引風機電機。

2012年8月22日2時57分8秒至13秒期間，4號機組DCS中來“6kVIVB段母線有諧波”、“6kV B分支進線PT接地報警”。2時57分18秒，3號機組DCS來“4013開關跳閘”、“3號發(fā)變組第二組保護出口動作”光字牌;4號機組1號磨煤機、2號循環(huán)水泵高速、2號送風機高速開關同時合閘電機自啟動。2時59分57 秒3號汽輪機手動打閘，3號機組停機。3號發(fā)變組保護屏Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ屏均無保護跳閘出口信號及異常報警，3號發(fā)變組一次系統(tǒng)所屬設備運行正常。

2 開關誤動原因分析

2.1 開關誤動初步分析

新電力行業(yè)標準繼電保護反事故措施中要求“雙套保護直流電源必須取自不同直流系統(tǒng)”，其目的是為了防止一路直流電源故障消失，另一路繼續(xù)供電，保護裝置可靠動作。為落實這一要求，該發(fā)電廠3、4號發(fā)變組保護換型改造時，將3號機組110V直流電源作為3號發(fā)變組A套微機保護裝置及第一組控制回路直流電源，將4號機組110V直流電源作為3號發(fā)變組B套保護裝置及第二組控制回路的電源。

事件發(fā)生后，經(jīng)查找6kVⅣB段諧振及A相接地原因為二期5號除灰空壓機FC電源開關處接地，將開關停電，發(fā)現(xiàn)該開關二次插件PVC防護管與開關A相一次保險端部導電部位接觸，且插件端部PVC防護管對開關柜體放電，造成6kVⅣB段諧振及A相接地。又因5號除灰空壓機電源開關二次插件端部護套與開關本體發(fā)生間歇性放電，導致插件端頭二次線燒損，插頭內(nèi)124號線被燒露出銅芯，且此開關A相對箱體放電時弧光電阻兩端電壓在放電瞬間一端通過5號除灰空壓機開關二次插件124號銅芯線、DL常閉接點、102號線串入4號機110V直流系統(tǒng)負極中，另一端通過箱體接地，構成等效的交流電源（如圖1）。這里R弧光是對地放電產(chǎn)生弧光電阻，其兩端電壓等效為交流電源AC串入110V直流負極。

查閱4號機組故障錄波器波形，初期5號除灰空壓機FC電源開關初期產(chǎn)生弧光只對箱體放電時造成6kVⅣB段諧振，之后二次插件124號銅芯被弧光燒裸露后較小的弧光電阻兩端交流電壓串入110V直流負極后，3號機組開關跳閘，4號機組3臺電動機自啟動，同時因交流電壓過高，導致了2號循環(huán)水泵高速電源開關控制回路中跳閘位置繼電器TWJ線圈負極接線端子絕緣擊穿， 4號機110V直流負極接地。最后6kVⅣB段A相完全接地。

2.2 3號發(fā)變組主開關跳閘原因具體分析

由于3號發(fā)變組4013開關跳閘線較長（其電纜來自一期網(wǎng)控母差屏、安穩(wěn)屏Ⅱ和失靈保護屏等，長度約400米），電纜對地分布電容較大，交流電時容抗小，當交流電串入時，通過3號發(fā)變組操作箱第二組跳閘回路負極102Ⅱ，經(jīng)過21TJR，22TJR，23TJR跳閘繼電器線圈，在133Ⅱ點通過分布電容注入大地，此回路構成通路，導致操作箱中21TJR、22TJR、23TJR出口繼電器動作，3號發(fā)變組4013開關跳閘。

2.3 4號機三臺6kV廠用電動機電源開關誤合閘原因具體分析

2.3.1 ?2號循環(huán)水泵高速電源開關合閘原因分析

2號循環(huán)水泵高速電源開關自動合閘后，4號機110V直流負極接地，查為開關控制回路跳閘位置繼電器TWJ線圈負極接地。分析認為交流電進入4號機110V直流系統(tǒng)后，將2號循環(huán)水泵高速電源開關控制回路中跳閘位置繼電器TWJ線圈負極接線端子絕緣擊穿，導致4號機110V直流負極接地。由于跳閘位置繼電器TWJ安裝于開關合閘回路（監(jiān)視合閘回路完好），線圈負極接線端子與開關合閘線圈相連。交流電經(jīng)開關輔助閉接點（S1、S12接點閉合）和合閘線圈Y9注入大地，導致開關合圈線圈勵磁，開關合閘。

2.3.2 1號送風高速、1號磨煤機兩臺開關合閘原因

事件發(fā)生后，查閱4號機檢修期間廠用6kV電源開關合閘電壓試驗記錄，發(fā)現(xiàn)1號送風高速、1號磨煤機電源開關合閘電壓最低，為40V，其他開關合閘電壓均大于45V。分析原因當交流電進入4號機110V直流系統(tǒng)負極102線后，經(jīng)過開關輔助接點S12、S1、合閘線圈Y1及閉合的K1接點和二次電纜105點分布電容C注入大地，因1號送風高速、1號磨煤機電源開關合閘電壓40V最低，合閘線圈起動功率最小，因此造成1號送風高速、1號磨煤機兩臺開關自動合閘。而其他開關合閘線圈合閘電壓較高（大于45V），起動功率較大，此回路電流（電容電流）不足以讓合閘線圈勵磁，未受到干擾（見附圖4）。

3 事后處理與預防

出現(xiàn)6kV系統(tǒng)諧振，接地，交流電串入110V直流回路，110V直流系統(tǒng)接線端子處擊穿接地，3號機組跳閘、4號機組6kV 3個電動機自啟動，一系列的問題導致了嚴重后果，必須查找隱患及原因，此次事件直接原因是3、4號機組6kV系統(tǒng)各FC開關質量問題，其開關一次保險端部金屬部位無隔板，直接裸露在外，再者二次插件PVC防護管套、脫落損壞，且直接接觸到裸露的6kV 一次保險金屬端頭，再由于長期套管衛(wèi)生不清潔，最終導致6kV 開關A相保險處對防護管套及箱體放電，導致一系列問題發(fā)生。

為防止交流電串入直流回路事件再次發(fā)生，將3、4號機組6kV所有FC開關進行了排查及改造，將所有3、4號機組6kV FC開關一次保險處上下加裝防護絕緣隔板，將原護線管固定夾改為Ω形固定夾（見圖5），牢固鎖住護線管，有效避免護線管發(fā)生形變脫落，避免二次插件與開關一次保險裸露部位接觸，杜絕不安全事件的發(fā)生。重新排查各開關分、合出口繼電器，對啟動電壓低，動作功率小的出口繼電器加以更換處理。

加強電氣設備的檢修工藝質量，嚴格按工藝流程對各部件進行檢修，重視電氣設備二次部分的檢修，檢查二次線與一次帶電部位的安全距離，二次回路的絕緣以及二次插頭、插座是否清潔、完整、無損傷，二次端子接線是否可靠牢固，二次線脫落后能否觸及一次帶電部位、開關的二次線防護套管是否完整，有無破損，與插頭接觸是否牢靠等，加大檢修過程中質量驗收，確保修后設備的安全穩(wěn)定運行。

4 結束語

交流串入110V直流回路引起的事故是嚴重的，要嚴防交流電混入直流電中。通過上述分析，明確了引起開關誤動主要原因是跳閘、合閘回路電纜比較長，對地分布電容較大，直流回路串入交流電壓，電容放電或者電容容抗小，使跳閘、合閘出口繼電器動作，從而引起開關誤動作，全面查找隱患防止交流電串入直流回路。另外在跳閘、合閘回路中加裝大功率繼電器，能夠提高出口繼電器交流電壓啟動電壓值，進而防止跳閘、合閘出口繼電器的誤動。

參考文獻

[1]孟凡超，高志強，楊書東 .交流串入直流回路引起開關跳閘的原因分析.2007.

[2]曹景玉，鄭文敬，田峰 . 交流混串入直流回路引起開關跳閘的原因分析及防范.電力安全技術2010年第11期