防止因電纜分布電容影響造成出口繼電器誤動的案例分析

杜寧寧 于愛民

摘 要：本文對長電纜分布電容造成出口繼電器誤動的機組停運案例進行分析。深入分析了長電纜回路分布電容影響的故障原理；提出此類案例的的有效防范措施；避免類似問題重復發(fā)生，具有借鑒意義。

關鍵詞：電纜分布電容；出口繼電器功率；誤動

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）18-0193-02

1 引言

某電廠裝機容量為2×660MW，兩臺機組均為發(fā)電機-變壓器組單元接線方式，通過雙回500kV線路接入電網(wǎng)，電廠500kV升壓站電氣接線為3/2接線（電氣一次系統(tǒng)圖如圖1所示）。

事件發(fā)生前，多塔Ⅰ回線正常運行，多5011開關、多5012開關、多5013開關、多5021開關在合閘位置。1號機經(jīng)多5012開關、2號機經(jīng)多5021開關和多5011開關共同由多塔I回線對外送電。01號啟備變熱備用，多5071開關在合閘位置；多塔Ⅱ回線檢修，多5022開關、多5023開關在檢修。1號主變非電量保護出口接點接入多5012、多5013開關操作箱三相跳閘回路；2號主變非電量保護出口接點接入多5021、多5022開關操作箱三相跳閘回路；01號啟備變非電量保護出口接點接入多5071開關操作箱三相跳閘回路。開關的SF6密度繼電器與1、2號主變，01號啟備變非電量啟動開關跳閘回路的直流電源均取自網(wǎng)控室直流I段母線。

10月14日上午，電廠工作人員拆除多5023開關三相SF6密度繼電器后，6根信號線用絕緣膠布包扎后懸空放置。14日中午至15日凌晨，當?shù)剡B續(xù)降雨受潮，且信號線未固定。15日上午風力偏大，信號線搖擺，造成網(wǎng)控直流I母線間歇性瞬時接地；500kV升壓站多5012、多5013、多5021、多5071開關同時跳閘。 01號啟備變保護、多5012、多5013、多5021開關保護、多塔I回線線路保護、母差保護均無報警信號和保護動作記錄。跳閘的4臺開關操作箱FCX-22HP上跳位A、跳位B、跳位C；兩組跳圈跳A、跳B、跳C燈亮。

檢查分析整個事件，跳閘的4臺開關操作箱位于升壓站網(wǎng)控室，電纜敷設直線距離約300m，電纜對地電容較大。測量停運的多5022開關操作箱非電量保護啟動跳閘的中間繼電器動作電壓為直流70V，動作功率為0.5W，不滿足繼電保護反措要求。新鄉(xiāng)公司升壓站多5012、多5013、多5021、多5071斷路器操作箱與多5022斷路器操作箱為同一批次產(chǎn)品，出口中間繼電器的動作功率均不滿足要求。發(fā)生網(wǎng)控直流I母線間歇性接地故障時，長電纜的對地電容經(jīng)中間繼電器放電，因直接啟動的中間繼電器動作功率較小，被啟動，動作于開關的兩組跳閘線圈，多5012、多5013、多5021、多5071開關同時跳閘。

總之，SF6密度繼電器直流信號線帶電拆除后，裸露線頭未包扎好導致接地是造成開關跳閘的直接原因；多5012、多5013、多5021、多5071開關出口繼電器動作功率偏小是造成開關跳閘的重要原因；1、2號主變和01號啟備變非電量保護跳閘回路電纜過長也是造成開關跳閘的原因之一。電廠改造了升壓站內(nèi)所有500kV開關操作箱，使其出口繼電器啟動功率滿足繼電保護反措要求。以后未再發(fā)生同類型不安全事件。

2 原因分析

電纜線路的電容C與電纜的長度成正比，長距離電纜線路有較大的對地分布電容。在發(fā)生直流系統(tǒng)接地或誤將交流串入直流系統(tǒng)時，就會通過控制電纜的分布電容構成回路，產(chǎn)生電容電流，引起一些動作值較低的靈敏繼電器發(fā)生誤動作。誤動作取決于3個因素，即電纜對地分布電容值的大小、繼電器的動作值大小及外界干擾因素。為避免此類事件的重復發(fā)生，首先分析經(jīng)長電纜跳閘的二次回路受干擾動作原理如圖2所示。

圖中出口繼電器CKJ接點兩端線纜的分布電容過大時，在干擾源的作用下，將通過分布電容C、跳閘繼電器TJ線圈形成通路，導致TJ誤動作。根據(jù)文獻和以往案例，電纜線芯間電容量超過30nF，就有可能因為干擾引起控制回路異常。應利用機組停機機會測量經(jīng)長電纜跳閘回路電纜線芯的分布電容，若電纜線芯間電容量超過30nF，應引起足夠重視，必要時應采取有效措施，防止繼電器誤動作?！斗乐闺娏ιa(chǎn)事故的二十五項重點要求》（2014年版）條文18.7.8規(guī)定：對經(jīng)長電纜跳閘的回路，應采取防止電纜分布電容影響和防止出口繼電器誤動的措施。現(xiàn)代保護裝置中通常對外部侵入的干擾有一定的防護措施，而對于出口繼電器，則通常采用加大繼電器動作功率或延長動作時間的方法抵御外部干擾。

3 防范措施

提高抗干擾能力的措施包括兩類：提高繼電器的抗干擾能力和減少、控制干擾。

3.1 提高繼電器的抗干擾能力

3.1.1 電壓型繼電器

對于電壓型出口繼電器通常采用加大繼電器動作功率或延長動作時間的方法抵御外部干擾。發(fā)變組保護中非電量保護，以及經(jīng)長電纜跳閘的重動繼電器大都屬于此類。國網(wǎng)十八項反措要求“所有涉及直接跳閘的重要回路應采用動作電壓在額定直流電源電壓的55%-70%范圍以內(nèi)的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5W?！薄肮怦铋_入的動作電壓應控制在額定直流電源電壓的55%-70%范圍以內(nèi)?！睉M可能選用動作電壓較高動作迅速的中間繼電器，既能保證安全性，又能保證靈敏度。

近幾年投入運行的保護裝置通常都能滿足上述要求，但早期的保護裝置此類繼電器動作功率大都不滿足要求。應利用機組停機機會對發(fā)變組保護、勵磁調節(jié)器的遠方保護動作啟動跳閘回路（如發(fā)變組中重瓦斯保護、勵磁調節(jié)器中發(fā)變組保護動作啟動逆變滅磁等）、遠方手動分、合閘回路逐一排查，如回路中存在此類繼電器，應校驗其動作電壓及動作功率是否滿足要求，對不滿足要求的進行整改。

3.1.2 電流型繼電器

第二個案例中TBJ即屬于此類繼電器，該繼電器默認啟動電流值0.2A，抗干擾能力較差，當外部較大干擾通過電纜分布電容使TBJ繼電器所在回路電流大于其啟動電流時，繼電器動作。對于斷路器操作箱防跳繼電器TBJ的電流啟動線圈動作電流通?？刂圃?0%-50%斷路器額定分閘電流，為提高該繼電器的抗干擾能力，推薦啟動電流不低于35%。若不滿足要求，可以通過在回路中并接電阻，增大整個回路的啟動電流，提高TBJ的抗干擾能力。

3.2 控制、減少干擾源

現(xiàn)場干擾種類繁多，常見的干擾有直流系統(tǒng)接地、交流竄入直流、大電流接地系統(tǒng)接地故障、高壓開關分合閘、電焊機近距離干擾等。應結合現(xiàn)場實際，從多方面入手盡量控制、減少干擾源的影響。

第一，應做好直流系統(tǒng)的檢修維護，減少或避免直流系統(tǒng)接地、直流系統(tǒng)竄入交流信號等設備異常。近年來，由于直流接地、交流竄入直流回路而造成誤動的事故屢見不鮮，特別是經(jīng)長電纜直接驅動的出口繼電器，更容易誤動。當出現(xiàn)直流一點接地時，應及時排查消除。

第二，應根據(jù)開關場和一次設備安裝的實際情況，敷設與廠、站主接地網(wǎng)緊密連接的等電位接地網(wǎng)，并根據(jù)二十五項反措的具體要求，做好等電位接地網(wǎng)的實施、檢查維護，以有效防止空間磁場對二次電纜的干擾。

第三，保護裝置之間、保護裝置至開關場就地端子箱之間聯(lián)系電纜屏蔽層應雙端接地，且電纜屏蔽層應可靠連接到等電位接地網(wǎng)的銅排上。

第四，施工時應合理規(guī)劃二次電纜敷設路徑，強、弱電電纜應隔離；路徑應盡量避開高壓母線、避雷針接地點等的強磁場干擾；要避免同一根二次電纜同時混有交、直流回路。優(yōu)化二次回路接線設計，交、直流端子排應有空端子進行隔離；雙套保護的跳閘回路應與斷路器的兩個跳圈分別一一對應，盡量減少電纜并接，以減小二次電纜的分布電容，提高回路的抗干擾能力。