機組無保護動作跳機的原因分析及處理

鞏芳杰

(廣東省連州粵連電廠有限公司連州發電廠，廣東 連州 513435)

1 故障現象

(1)2009－01－14 T 15:45，某電廠#4機組在正常運行中跳閘。現象如下:15:45，集控室事故喇叭、警鈴響，#4汽輪機跳閘，機組負荷為0，#4汽輪機轉速升至3 069 r/min后下降;同時，BTG盤發出“直流系統故障”、“斷路器事故跳閘報警”、“滅磁開關聯跳”、“熱工跳閘”光字牌，#4發電機變壓器組出口開關2204、#4發電機滅磁開關4FMK、廠用工作電源開關671，681跳閘，#4發電機變壓器組有功、無功為0，#0高壓備用變壓器高壓側開關2208、#4機組廠用備用電源開關670，680自動投入。

(2)2010－01－26 T 08:35，#4機組在正常運行中跳閘。現象如下:08:35，接班人員定期試驗#4機組直流照明，合上直流照明電源，檢查直流照明燈正常后切換至交流電源。同時，電氣當班監盤主值發現二期集控室事故照明燈亮10 s左右，集控室事故照明燈滅，BTG事故喇叭、警鈴響，#4機組BTG盤發出“直流系統故障”、“斷流器事故跳閘”、“熱工跳閘”、“滅磁開關跳閘”光字牌;#4發電機變壓器組出口開關2204、#4發電機滅磁開關4FMK、廠用工作電源開關671，681跳閘，#4發電機變壓器組有功、無功為0，#0高壓備用變壓器高壓側開關2208、#4機組廠用備用電源開關670，680自動投入。#4汽輪機轉速突升至3083 r/min后開始下降。

2 檢查保護、控制回路動作報告和錄波波形圖

(1)故障錄波檢查。檢查錄波波形發現，#4發電機變壓器組出口開關2204先于主汽門和滅磁開關動作，接著是廠用電源開關變位動作;無保護動作，也沒有保護動作的故障波形。從故障錄波波形來看，這起事故是由#4發電機變壓器組出口開關2204首先跳閘引起的。

(2)操作箱本體檢查。#4發電機變壓器組出口開關2204使用的三相操作箱型號為SCX－12J，操作箱面板上有“電源指示”、“合后位置”和“保護動作”燈。當2組操作電源送上后“電源指示”燈顯示黃色;當開關合閘后合后位置繼電器(HHJ)動作，則“合后位置”燈顯示黃色，“合后位置”燈在非手動分閘引起的發電機變壓器組出口開關跳閘后均顯示黃色，在手動分閘后經手跳復位HHJ，“合后位置”燈滅。2009年和2010年機組2次跳閘后“合后位置”燈一直顯示黃色，事故跳閘后經手動分閘試驗可復歸該燈信號，說明“合后位置”指示回路正常，同時也排除手動誤分開關的可能;操作箱上“保護動作”燈一直為滅的狀態。

(3)保護裝置檢查。經檢查，保護裝置運行正常，機組跳閘瞬間和跳閘后波形和采樣記錄與故障錄波記錄相同，而且保護裝置也無電氣保護動作。在非電量保護動作方面，聯系了熱工專業人員進行檢查，收到電氣跳閘指令之后首先發出主汽門關閉動作信號，與故障錄波記錄相同。從電氣、熱工2個專業采集到的指令可以確認是電氣先動作而且是#4發電機變壓器組出口開關先動作。機組跳閘后汽輪機轉速上升至3080 r/min也印證了這一判斷。

(4)機組2次跳閘后，報警信號中有“開關位置變化”和“直流系統故障”信號，查看直流接地巡檢儀顯示接地回路是“事故照明回路負極接地”，當時與直流系統相關的工作(即交接班期間的定期工作)為事故照明回路試驗。該廠的事故照明設計是:正常為交流帶電閉鎖，交流失電后回路閉鎖開放啟動直流控制回路，從而實現由直流系統給事故照明回路供電。

3 控制回路初步檢查分析

根據保護動作報告可以判斷，保護裝置無異常。下面主要檢查保護出口回路和控制回路部分，如圖1所示。

(1)保護動作出口回路檢查。保護出口101和133’，201和233’之間絕緣電阻值不小于200 MΩ，133’，233’分別對地絕緣電阻值不小于200 MΩ，從這方面分析也不存在保護動作的可能性;而且操作箱上的“保護動作”燈狀態為滅，說明確實沒有保護回路引起的跳閘信號輸入操作箱。

(2)操作箱至機構箱回路接線電纜檢查。機組跳閘后，使用萬用表測量跳閘回路一組144、二組146對地電壓平衡，對地電容分別為 170，200 μF，其電容量較小，經實際模擬試驗，停機與開機狀態下144(146)對地電容不會發生變化，所以，可以排除144(146)對地電容過大引起2204開關跳閘;對操作箱至開關本體跳閘回路電纜進行絕緣測試，絕緣電阻值不小于200 MΩ，回路絕緣測試正常。

(3)機組運行中跳閘瞬間有直流接地現象，因此，對操作箱內跳閘繼電器出口電壓進行加量檢查。對TJ1，TJ2加量檢查動作電壓分別為130 V和135 V，符合規程規定的出口繼電器動作電壓為(55% ～70%)Un(直流額定電壓為220 V)的要求。

(4)考慮到開關本體偷跳不會發出保護動作信號，也不經過操作箱發出跳閘指令，首先動作的也是出口開關跳閘，因此，測試開關本體分閘線圈1和分閘線圈2動作電壓，測試結果見表1。

表1 分閘線圈動作電壓測試結果 V

(5)直流系統回路檢查分析。2次機組跳閘后，有“直流系統故障”信號發出，直流接地巡檢儀顯示接地回路是“事故照明回路負極接地”，而2次故障跳機都是交接班期間進行事故照明試驗時發生的。如前所述，該廠的事故照明設計是正常為交流帶電閉鎖，交流失電后回路閉鎖開放，啟動直流控制回路，從而實現由直流系統給事故照明回路供電。經過對事故照明控制回路的檢查發現，低電壓繼電器的常開、常閉觸點有1個公共觸點，在帶電的情況下，公共端觸點接觸下面觸點，常開觸點閉合，低電壓動作后公共觸點接觸上面觸點，常閉觸點閉合。因為事故照明負荷電源開關設計為永久“合閘”狀態，交流系統為接地系統，直流系統為不接地系統，在直流回路帶負荷斷開時會拉弧，這樣就存在一個風險:在交流回路低電壓動作閉鎖解除后，啟動直流控制回路接通電源給事故照明回路直流供電，交流回路電壓正常后，在事故照明回路供電切換為交流閉鎖的過程中，交流電源接通的瞬間直流電源還處于斷開并滅弧階段，在此過程中，交直流系統瞬間短路引起直流系統接地并造成出口開關跳閘。事故照明回路控制原理如圖2所示。

圖1 2204開關控制回路

圖2 事故照明供電控制回路

4 模擬故障驗證分析

根據前面的檢查分析結果可以確定:

(1)當時系統運行穩定，#4發電機變壓器組出口開關跳閘不是系統故障引起的。

(2)#4機組跳閘是由發電機變壓器組出口開關跳閘引起的。

(3)#4發電機變壓器組出口開關跳閘不是人為手動切除。

(4)#4發電機變壓器組出口開關跳閘不是保護動作引起的，但開關控制回路正常。

(5)#4機組跳閘瞬間有直流系統接地故障存在。

檢查事故照明供電控制回路圖(如圖2所示)，1YJ，2YJ，3YJ繼電器接點在直流回路和交流回路均存在。檢查繼電器為DY－36型繼電器，發現其常開、常閉觸點共用一公共端(類似于擋板動作)，在交流電源恢復前，直流回路的繼電器都在工作狀態;當1YJ，2YJ，3YJ繼電器隨著交流電源的恢復動作時，直流回路的1YJ，2YJ，3YJ繼電器常閉接點將斷開，斷開的瞬間因對2C接觸器線圈供電，導致“帶負荷拉開刀閘”，最終引起拉弧，造成交流并入直流回路中而發出直流系統接地信號。下面就直流系統竄入交流信號能否引起開關跳閘進行模擬故障試驗。

經過前面的檢查分析可知，保護出口回路、手動分閘回路均正常，因此，著重對開關本體I組跳閘回路101，144，102 和 II組跳閘回路201，146，202 各節點進行混搭交流試驗。在2204開關合閘的條件下，逐步進行如下試驗:

(1)101回路與交流220 V火線混聯試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至101處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(2)201回路與交流220 V火線混聯試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至201處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(3)102回路與交流220 V火線混聯試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至102處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(4)202回路與交流220 V火線混聯試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至202處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(5)144回路與交流220 V火線混聯試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至144處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(6)146回路與交流220 V火線混聯試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至146處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(7)101回路與交流220 V火線混聯，102回路與交流220 V零線混聯試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關后分別接至101和102處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:直流及交流空氣開關短路跳閘，2204開關不動作。

(8)201回路與交流220 V火線混聯，202回路與交流220 V零線混聯試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關后分別接至201和202處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:直流及交流空氣開關短路跳閘，2204開關不動作。

(9)144回路與交流220 V火線混聯，102回路與交流220 V零線混聯試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關后分別接至144和102處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:跳閘。

(10)146回路與交流220 V火線混聯，202回路與交流220 V零線混聯試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關后分別接至146和202處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:跳閘。

(11)101回路與交流220 V火線混聯，102回路經10 kΩ電阻接地。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至101處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

(12)102回路與交流220 V火線混聯，101回路經10 kΩ電阻接地。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關后接至102處，合上空氣開關后，1 s內斷開。2204開關動作情況:不動作。

以上試驗說明:

(1)在開關本體跳閘回路如有交流量竄入，開關立刻跳閘;

(2)事故照明回路設計及產品的選型確實存在一定的隱患。

5 采取的措施

在實際應用中，事故照明回路由交流回路閉鎖控制，直流系統才是事故照明負載的供電者;1YJ，2YJ，3YJ繼電器表征交流回路失壓繼電器;1C為大容量交流接觸器，2C，3C，4C為大容量直流接觸器。因此，在確保現有事故照明供電可靠和指示回路滿足要求的情況下，對#4機組事故照明切換回路進行改造，改造后的事故照明供電控制回路如圖3所示。

(1)取消交流電源回路帶電指示燈控制回路，避免1C接觸器的交流回路接點與直流回路接點混接、誤接;對于事故照明回路而言，即使交流電源消失或事故照明電源自動投入，也只是事故照明燈變亮，并無其他影響，因此，建議取消該回路。

圖3 改造后的照明供電控制回路

(2)取消1YJ，2YJ，3YJ繼電器在直流回路中的常閉觸點，1YJ，2YJ，3YJ繼電器常開觸點直接控制交流接觸器1C，經1C動作后啟動直流控制回路。

(3)取消3C直流接觸器在交流回路中的閉鎖接點，消除直流系統混入交流電的可能性，徹底消除定期切換時交流電源竄入直流系統的隱患。

6 結束語

事故照明回路改造后，該電廠#4機組持續運行2年多未出現事故照明回路引起的直流接地現象，也未發生無電氣保護動作卻引起機組運行中跳閘的現象。