直跳繼電器功率低造成機組跳閘事故分析

顏衛星

（華能嘉祥發電有限公司，山東 濟寧 272400）

直跳繼電器功率低造成機組跳閘事故分析

顏衛星

（華能嘉祥發電有限公司，山東 濟寧 272400）

由于分布電容的影響，在直流發生1點接地時，電容放電電流驅動出口繼電器，若發電廠繼電保護柜出口繼電器功率低，則可能造成保護誤動。從理論上分析了分布電容對保護回路的影響，確定了在1點接地的情況下出口繼電器誤動的原因，并提出了反事故措施和整改措施，消除了設備運行的安全隱患。

繼電保護；出口繼電器；動作功率；分布電容

0　設備概況

某電廠2×300 MW機組采用發電機變壓器組單元接線，發電機經主變升壓至500 kV接入系統，高壓廠變和勵磁變由發電機與主變低壓側之間引接。發變組保護采用DGT-801B型數字式發變組保護柜，設A，B，C 3個柜，主保護采用A，B柜相同原理的雙重化配置，C柜為非電量保護及勵磁變保護。非電量保護設置有獨立的電源回路，包括直流小空開及其直流電源監視回路。其出口跳閘回路完全獨立，2套完整的電氣量和非電量保護的跳閘回路分別同時動作于斷路器的2個跳閘線圈。

1　事故概述

2013-05-19，該電廠1號發電機組正常運行，有功282 MW，無功33 Mvar。14：55，1號發變組出口開關和滅磁開關跳閘，廠用電切至備用電源供電，鍋爐MFT（主燃料跳閘）；汽機ETS（汽輪機跳閘保護系統）首出原因為“發電機跳閘”，電氣DCS盤“熱工保護”、“直流故障”光字牌發信；1號機直流配電室絕緣監察裝置“1號機發變組保護C柜電源-144Q支路絕緣低”報警，測量直流母線負極對地絕緣為0。

機組發生跳閘后，事故發展情況如下：

15：17，1號機組直流負極接地信號消失；

16：26，1號機組沖轉與系統重新并列、并串；

17：15，1號機組廠用電切至1號機供電，機組恢復正常方式。

2　事故分析

2.1信號分析

直流系統負極接地時機組跳閘，保護柜無保護動作信號，卻有跳閘出口記錄。機組大聯鎖顯示首出原因為發電機跳閘。發變組保護A，B，C柜中只有C柜發出“熱工保護”動作信號，但“熱工保護”是汽輪機主汽門關閉后，主汽門關閉信號發至汽機ETS遮斷，由ETS遮斷啟動發變組保護C柜“熱工保護”，因此初始動作的保護無任何信號發出。

調閱故障錄波器發現，發變組出口開關5012、開關5013、廠用電快切、關閉主汽門等保護信號同時出口。

2.2原因分析

事故資料顯示，發變組保護有出口，并且是電氣保護先動作。但無法確定是何種保護動作和動作的原因，所以初步分析存在保護誤動的可能。因直跳出口只有保護C柜有，所以其出口繼電器是首要懷疑對象。考慮當時直流系統發生負極接地，而直流接地可能造成出口繼電器誤動作，所以直跳出口繼電器因直流接地造成保護誤動的可能性很大。

在隨后的停機檢修中，測量1號發變組保護C柜的出口繼電器動作功率為1.08 W，遠低于《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》中“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 %范圍以內的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5 W”的要求。

經綜合分析確定，事故的原因是直流發生1點接地后，出口繼電器功率偏小導致保護出口誤動作。

2.2.1非電量直跳保護邏輯

對于數字式保護裝置，非電量保護通常也稱開入量保護或開關量保護。該類保護主要有：變壓器瓦斯保護、壓力保護、溫度保護、冷卻器全停保護及發電機斷水保護等。非電量保護構成原理分2種：一種是直接驅動開關量直跳繼電器出口，簡稱直跳非電量保護，如重瓦斯、壓力釋放等；另一種是由保護CPU判別非電量接點的狀態，再經其他判據判別或軟件延時后由保護CPU去驅動出口繼電器出口，簡稱軟件跳非電量保護，如冷卻器全停、斷水保護等。

直跳非電量保護邏輯如圖1所示。非電量K 1驅動中間轉換繼電器ZK 1，ZK 1接點ZK 1-A啟動開關量保護直跳繼電器，按動作要求去出口。ZK 1接點ZK 1-B由保護CPU讀入及進行事件記錄、信號出口及通訊上傳等。

圖1　直跳非電量保護邏輯

2.2.2直流系統對地電容的構成

直流系統對地電容來自以下3個方面：

（1） 電纜對地的分布電容，特別是長距離電纜電容效應比較大；

（2） 眾多電源設備回路的對地電容匯集到直流系統中，造成直流系統很大的對地電容，所以有的直流系統中存在大于500 μF的對地電容；

（3） 目前廠、站用的通迅電源常為48 V直流電源，利用直流系統中的電源，以DC/DC變換器輸出，直流電源變換器采用了高頻技術變換原理，在其諧振回路中有對地電容。

2.2.3直流系統一點接地造成保護誤動分析

直流母線負極接地信號可能由以下2種接地故障報出。

（1） 出口中間繼電器正電源側接地誤動，如圖2所示。

圖2　出口中間繼電器正電源側接地誤動示意

其中R1，R2為絕緣監測儀內部采樣電阻，阻值都大于30 kΩ，不同廠家的微機絕緣監測裝置內部采樣電阻值在40-300 kΩ之間，且一般電阻R1和R2的阻值相同。R+和R-分別為直流系統正對地和負對地絕緣電阻，由各個直流回路對地絕緣電阻并聯而成，而且電阻值受天氣影響而變化，并與直流系統中所有設備清潔及電氣絕緣有關。當設備積灰比較嚴重時，環境濕度變化會引起電阻值的大幅度變化，引起直流接地報警。回路中元器件絕緣損壞也會造成直流接地。圖2中C+和C-分別為直流系統正對地和負對地等效電容，當在A點接地時，C+經繼電器充電，C-對繼電器放電（忽略R1，R2的影響）。這時若流過ZK 1的充放電流和達到一定值，且ZK 1動作功率偏小，就有可能誤動。ZK 1動作后，ZK 1-A接點閉合，由于ZK 1-A接點直連開關量直跳繼電器，導致開關量直跳繼電器動作機組跳閘。又因為電容電流衰減很快，ZK 1-B接點雖也閉合，但時間很短，ZK 1繼電器立刻返回，ZK 1-B接點斷開，跳閘信號未來得及發出。

（2） 直流母線負極接地誤動，如圖3所示。

圖3 直流母線負極接地誤動示意

圖3中C為ZK 1連接電纜對地電容，當在B點接地時，若C過大（ZK 1所連接的電纜很長），就會形成環流。C充電電荷對ZK 1放電，達到一定值時，若ZK 1動作功率偏小，也可能動作，引發跳機事故。

3　改進措施

（1） 確保全廠保護裝置的出口繼電器規格、參數都符合反事故措施的要求。所有涉及直接跳閘的重要回路，均應采用動作電壓在額定直流電源電壓的55 %-70 %范圍以內的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5 W。

（2） 采用抗干擾繼電器以提高可靠性。

（3） 采用在繼電器兩端并聯電阻的方式增大啟動功率。

（4） 對于應用長電纜傳輸跳閘信號的，可以考慮更換為光纖通道來傳輸。

（5） 在保護裝置內，直跳回路開入量應設置必要的延時防抖回路，防止由于開入量的短暫干擾造成保護裝置誤動出口。

4　結束語

通過上述分析，明確了故障原因，并制訂了整改措施。在檢修期間，對全廠保護裝置的出口繼電器進行全面檢查，更換了動作功率不符合要求的出口繼電器；直跳回路開入量設置了延時防抖回路，從而消除了設備誤動隱患，保證了出口繼電器的動作安全、可靠，提高了繼電保護裝置運行的可靠性，也保證了電廠安全穩定運行。

1 國家電網公司.國家電網公司十八項電網重大反事故措施［M］.北京：中國電力出版社，2012.

2 張次衡.直流系統接地故障檢測裝置電容影響問題的探討［J］.電力自動化設備，1996，16（1）：48-50.

3 唐文秀.直流回路一點接地和交直流串擾引起保護誤動及其對策［J］.電力自動化設備，2007，27（9）：123-125.

2015-09-28；

2016-04-12。

顏衛星（1970-），男，助理工程師，主要從事集控運行工作，email：1748044726@qq.com。