220V工频交流混入直流控制回路造成的开关误跳问题分析.pdf

山东电力技 术 s handong di anl i j i s hu 2 0 0 9 年第4期( 总第 1 6 8 期) 2 2 0 v 工频交流混入直流控制回路造成的开关误跳问题分析 ab n o r ma l an a l y s i s o f a 2 2 0 v ac i n t r u d e dc c u r r e n t f a u l t c a u s e d b y el e c t r i c a r c 张云芳 ， 尚绪勇 ， 李念震 ， 李 因勤 ( 山东莱 芜发 电厂 ， 山 东 莱芜 2 7 1 1 0 2 ) 摘要 ： 介绍了一起 由于电弧 引起 的工频交 流串人直流控制回路造成厂用备用 电源开关误合 闸的故 障情 况 通过试验 、 检查 、 分析找出了问题 的原 因， 并采取相应 的处理及防范措施。 关 键 词 ： 电弧 ； 交 流 ； 直 流 ； 原 因 ； 措施 ab s t r a c t ：ab n o r ma l c o n d i t i o n o f a 2 2 0 v ac i n t r u d e dc c u r r e n t f a u l t c a u s e d b y e l e c t ri c fi l e i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r t h i s r e s u l t s i n t h e f a l s e s w i t c h i n g o f t h e p l a n t s t a n d b y p o w e r t h e r e a s o n i s c o n c l u d e d a n d t h e c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s a r e p r o po s e d wi t h t h e e xp e rime n t ，ins pe c t i o n，a n al y s i s ke y wo r d s ： e l e c t ri c - a r c ； ac； dc； r e a s o n； me a s u r e 中图分类号 ： t m5 6 4 文献标识 码 ： b 文章编号 ： 1 0 0 7 9 9 0 4 ( 2 0 0 9 ) 04 3 1 - 04 1 故障现象 在 发 电厂 以及 变 电站 的二 次 系统 中 ， 交流 串入 直流 回路除了导致直流系统金属直接接地所具有 的危害外 ， 还会 引起保护装置的误动作 ， 甚 至会损 坏继电保护或 自动装置。2 0 0 7年莱芜发 电厂发生 了一 起特 殊 的 由 电弧 引起 的交 流 串人 直 流 回路 的 故障。 莱 芜 电厂 装机 容 量 为 3 1 3 5 mw ， 每 台机 配两 段 6 k v厂用工作段 电源 ， 另外 ， 3台机脱硫系统配 专用脱硫段工作电源 。 以上每段工作电源段各配一 路备用电源 并 配置微机型备用 电源 自投装置 ( 以 下简称备 自投) 。 8月 5 e t ， 在做 3号机交流润滑油泵定期合 闸 试验时 ， 1号机 6 k vi 段备 自投装置启动将该段 备用 电源开关合闸 ： 9月 1 3日在启动 3号机交流 润滑油泵 时， 2号机 6 k v i v段备 自投装置启 动将 该段备用 电源开关合 闸； 9月 2 0日时， 同样在启动 交流润滑油泵时 。 又发生 6 k v i 段备用 电源开关 和脱硫段备用 电源开关 因备 自投启动而 同时 自动 合 闸； 9月 2 1 13，对以上现象进行验证性试验 ， 又 出现 6 k v i段 、 段 、 脱硫段备用电源 自投装 置 同时启动而 自动合闸 ， 3号主变 1 1 0 k v侧 3 9 0 3开 关油泵也 自动误启动。 需要说 明的是 ， 9月 1 3 13交流润滑油泵 主电 源接触器烧损， 将其更换为 a b b a1 4 5型进 口接触 器 ， 该接触器较原接触器体积大、 重量沉。此后 ， 在 每次启动 3号机交流润滑油泵时 ， 都会发生不同电 源段 的备 自投装置启动而备用 电源开关合 闸的情 况。备用 电源开关合闸时工作 电源开关均未跳开 且交流润滑油泵启动时是不 同的电源段或 同时或 不同时启动合闸 ， 都是不应该发生的异常行为。 2检查 过程 2 1 设备 记 录检查 异常发生后 ， 全面检查各段工作电源开关运行 正常 ， 各动力设备无异常 。 也未启动如给水泵等大 功率设备 ， 录波器及机组 dc s历史记录显示 电流 、 电压稳定 。检查备 自投装置 面板上“ 动作” 信号灯 亮 ，备 自投装置事件记录显示为控制台手动切换 。 说明是备 自投装置启动后备用电源开关合闸 。 但调 出热工 d c s系统历史记录发现 ，并无控制台操作 记录， 因此 ， 排除运行人员误操作的问题。 2 2接线等检查 3号机交流润滑油泵为 4 0 0 v低压动力 ， 其控 制箱装设在 3号汽机房 0 i n 操作 回路为采用电磁 型继 电器控制的典型接线( 图 1 ) 。6 k v工作 、 备用 电源开关为新更换的微机型高压动力测控装置 ， 对 31 山东电力技术 s handong di anl i j i s hu 2 0 0 9 年第4 期( 总第 1 6 8 期) 交流润滑油泵及 6 k v各段工作 、备用电源开关辅 助接 点 、 控 制 回路 、 电缆 等 的接 线 、 绝 缘 电阻 、 屏 蔽 层等进行全面检查 ， 均未发现异常情况 ， 备 自投装 置各项试验指标正常、 开关分合 良好。 由于莱 芜 电厂 6 k v各 t作 电源段 及脱硫 段 开 关 室 与 3号 机 交 流 润 滑 油泵 的位 置相 隔较 远 ， 在 一 、二次系统上相互独立 ， 接线无任何牵扯 且测量 交 流润 滑 油泵 交 、 直 流之 间 的绝缘 电阻 良好 ， 也 排 除 了运行人 员误操作 原 因造成 的开关误 合 闸。 唯一 存在 联系 的就是直 流 电源部分 ， 莱芜 发 电厂 1 号 、 2 号 直流 系统 正 常运 行 时通 过母 联 连接 ， 因此 ， 重 点 检 查 了 3号机 交 流润 滑油 泵启 动 时对 直 流 电源 的 影 响。 2 3 各段快 切装置 动作情 况检查 对 3号 机交 流润滑 油泵多 次进 行分 合 闸试 验 观察各段快切装置动作情况。 ( 1 ) 用 示 波器 监视 6 k v i段快 切装 置 直流 电 源， 将交流润滑油泵交流电源保险断开 ， 从控制 台 操作发出交流润滑油泵合闸令 ，只发合闸脉冲 开 关不合闸 ，此时 ， 6 k v各段备 自投 装置及开关正 常， 未出现误合闸现象， 示波器显示直流电源图形 为一条直线 无波动现象 ( 2 ) 断 开交 流润 滑 油泵 直 流 电源 开关 ， 用 手按 住 交流 润滑油 泵 的合 闸继 电器 h j ，使 润 滑油 泵带 泵启动， 备用 电源开关 、 备 自投装置及直流电源波 形未 出现 异常 。 ( 3 ) 断开交流润滑油泵 电机 ， 从控制台操作发 出交流润滑油泵合闸令 此时只空合润滑油泵接触 器 ， 不带 油泵 ， 则 发 生 同正 常启 动交 流 润 滑油 泵 时 相 同的情 况 ， 6k v i 段 、 段 及脱 硫段快 切 装置或 同时或不同时启动 ，相应的备用 电源开关合闸， 同 时备 自投装置内部有继 电器抖动的声音 ， 观察示波 器发 现直流 电源 回路 中有交 流量 波形 出现 。 ( 4 ) 将交流润滑油泵交 、 直流电源全部停 电 再 次测量 交 、 直 流 回路之 间 的绝 缘 电阻 为 1 0 0 0 mn 无异常 。 3 原 因分析 3 1 电磁感应 的可 能性分析 因为工作电源开关辅助接点 ( 常闭) 启动装置 内的一只中间继电器用于判断工作开关位置状态 3 2 由于直流回路存在干扰或突变现象 ， 产生的脉冲偶 合到工作电源开关辅助接点所接的控制 电缆芯线 上 ， 致使该继电器动作 ， 装置判断为工作 电源开关 跳闸而启动 ， 将备用 电源开关合闸。 因此， 增加了抗 干扰措施 。 但从随后发生的几次相同的异常现象来 看 ， 所采取的措施未能起到应有的作用 。 3 2 寄 生 回路的可 能性分 析 根据上 述检查 结果 可 以判断 。 交流 润滑 油泵在 启 动期 间对 直流 电源 系统产生 了干扰 。 润滑 油泵控 制回路 中 其交 、 直流系统之间存在特殊情况下的 寄生回路 ， 因此 ， 为弄清寄生 回路 的根源做 了进一 步试 验 a 图 1 交 流 润 滑 油 泵控 制 回 路原 理 图 启 动交 流润滑 油泵 时 ， 派 专人 在现 场观察 控制 箱 内接触器 、 继电器等的动作情况。在合闸命令发 出后 ， 发现交流润滑油泵跳闸继 电器 ( 型号为 d z l 5 ) 接点抖动严重 ， 其接于交流合闸保持 回路 中的 一 对常闭接点 t j 2在接触器线 圈 c中的励磁电流 流过时 ， 因抖动产生较为强烈 的电弧 ， 而另一对接 在直流跳闸回路中的常开接点 t j 1与常闭接点共 用动触头 ， 且两对接点距离较近 ( 图 2 ) ， 该电弧 即 是存在于交 、 直流系统之间的寄生回路 它将两对 分别 接 在交 、 直 流 回路 中的 接点 连 接在 一起 交 流 电源通过该 电弧串人直流 电源 ，造成直流系统接 山东电力技 术 s hando ng d i anl i j i s hu 2 0 0 9 年第4 期( 总第 1 6 8 期) 地 。 动触 头 图 2 dz 一1 5型 跳 闸继 电器 接 点 图 当发 生直 流接 地或交 流 串人 直流 系统 时 。 通 过 分布电容构成回路 产生 电容电流 引起一些动作 值较低的灵敏继 电器动作 。 试验 中发 现 ， 跳 闸继 电器 之所 以抖 动 ， 是 因 为 接触器 与 跳 闸继 电器 t j固定 在 同一横 梁 上 ，且 新 更换的接触器体积和重量都较大 ， 如图 3 合 闸瞬 间 ，接触 器 由于线 圈励磁 产 生 的震 动 强度 较 大 ， 带 动继 电器震动而引起其接点抖动 ， 致使接触器线圈 励磁电流在流经继电器接点时产生电弧。 另外 。 对备 自投装置内用于判断工作电源开关 位置状态的中间继电器( 由工作电源开关辅助常闭 接点启动) 的直流动作功率进行测试 ， 为 0 8 w， 数 值偏低 ， 当加交流 2 2 0 v交流 电压时 ， 该继 电器也 会动作。 4防范措 施 4 。 1 t j与 接触 器 的安装 位置 的确 定 将跳 闸继电器 t j 与接触器 的安装在不同的横 梁上， 如图 3 ， t j 改为固定在开关箱下部 ， 防止因接 触器震动受到影响。 4 2交流合闸保持 回路的确定 将接在交流合闸保持 回路 中的跳闸继电器常 闭接点使用继 电器左侧的接点 ， 而将接在直流跳闸 回路中的跳闸继电器常开接点使用继电器右侧的 接点 ， 两对接点 不再共用动触头 ， 且在距离上相隔 较远， 如此可避免其中一对接点拉弧时影响到另一 接 点 。 4 3 中间继 电器参 数 的确定 将备 自投装置 内用 于判断工作电源开关位置 状态的中间继 电器更换为大功率继电器 ， 并采取抗 干扰措施 ， 如图 4在中间继电器两端加装 r c回路 来提高保护 中间继电器抗干扰 的能力 ， 尺c回路既 能吸收交流量 ， 而对直流回路几乎没有影响 ， 同时 还能起到继电器线圈两端续流二极管的消弧作用 。 rc应根据 e 选择 其中 1 c， 保证充 电 电压不足以使 中间继电器动作。 采取 以上措施后 ， 经多次拉合 3号机交流润滑 油泵 6 k v各段备用 电源开关及备 自投装置等设 备均运行正常， 未 出现误动情况 。 接触 器 r j 原 位 置 + 图 3 3号机交流润换油泵控制箱 内继 电器位置图 k 厂 _ 一 u _ _ 一 一 图 4快 切 装 置 出 口 中 间继 电 器 加 装 rc 回路 5结束语 因电弧引起的交流 串人直流回路而造成设备 异常的情况比较少见， 其隐蔽性强 ， 不容易查找。 发 生交流串人直流回路后 ， 相当于在直流系统接地的 基础上又增加了一个交流电源 ， 它比单纯的直流系 ( 下转第 3 9页 ) 33 山东 电力技 术 s handon g di anl i j i s hu 2 0 0 9 年第 4 期( 总第 1 6 8 期) 护装置的采样值严重失真 。 这样计算出来的故障电 流有可能小于实际电流 ， 使得保护装置的闭锁功能 不能实现 ， 致使速断保护 出口， 造成严重事故 。 所以 在 实 际应 用 中 f c开 关 电流 闭 锁 功 能 作 用 不 大 ， 如果使用了反而不安全 ， 应慎重考虑。 2 _ 2速断保 护 的作 用 在理想状态下 ， 当故障电流在速断动作电流和 f c开关额定遮断电流之间时 可 以保证瞬时切断 故障 ， 而实际情况的发生是无法控制的 ， 如果故 障 电 流偏 大 速 断 保护 ( 包括 电流 速 断 和变 压 器 的 瓦 斯保护 ) 在高压熔断器熔断以前不应该 动作 ， 对 于 电流速断保护来说 ，在 f c开关 电流闭锁功能无 法使用 的情况下 应加适 当的延时 o 2 0 3 s ， 而瓦 斯保护不论在什么情况下都需要加 0 2 0 3 s的延 时 ， 保证熔断器首先熔断 所 以在这种情况下速断 保护存在的意义 已经不是很大 了。 主保护应该是高 压熔 断器 2 3 微 机综 合保 护 中各种 保护 的性 能分 析 电流速断保护 ： 电流速断保护的定值一般是额 定 电流 的 8 l 2倍 ，根 据 图 2熔 断器 的熔 断 时间分 析 ，这 么大 的 电流如果 达 到 l 2倍 需要 o 0 2 s的 时 间 ， 如果达 到 8倍需 要 0 5 s 左 右 的时 间 ， 对 于高 压 电动机来说越早动作设备损坏就越小 。 目前生产的 保护装置 ， 其 电流速断保护无法满足其要求 ， 实 际 应用中它必须等到高压熔断器熔断后动作 ， 其作用 和意义 已经 不大 了。 零 序保 护 ： 目前 我 国 6 k v系统 属不 接 地 系统 发电厂以不接地和中阻接地较多 。 不接地系统接地 电流很小 ， 电流多是容性的 ， 接地 电流不超过 5 a， 中阻接地系统接地电流较大 ， 一般在 2 0 0 6 0 0 a之 间，单相接地电流不会影响到 f c开关 的遮 断容 量 ， 但是必须考虑两点接地 的可能 ， 出现两点接地 时 ， 接地 电流是很大的 ， 在某些情况下一点接地过 渡到两 点接地的情况是很快的 ， 所以 。 这时应考虑 两点接地的问题 ， 零序保护时间需要加延时。 瓦斯保护 ： 瓦斯保护的保护范围是变压器套管 及油箱 内全部 ，能反映变压器 内部各种类型 的故 障， 变压器 的速断保护的定值是按躲过低压侧三相 短路 电流来整定的 ， 其保护范围只保护变压器靠近 电源侧 的一部分 ， 无法代替瓦斯保护 ， 所以瓦斯保 护需 要加 延 时。 反时限类型的保护 ：要注意上限时间的整定 ， 应躲过大电流时熔断器的熔断时间。 其他保护 由于如负序 、 堵转 、 热积累保护等 出 v i 时限较长 不受 f c开关遮断容量影响。 3结论 对于 f c开关配置的综合保护 的整定 ，应充 分考虑大电流情况下开关的遮断容量 、 熔断器的熔 断时间和电流互感器 t a的饱和特性