直流回路引發開關站斷路器誤跳原因分析及對策

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(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518120)

直流回路引發開關站斷路器誤跳原因分析及對策

李靜，劉業勝

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518120)

本文對直流系統故障引起斷路器誤跳的原因進行了分析，以某電廠存在的問題為例，提出了相應的解決方案，目前該改造已經實施完成，在提高系統可靠性的同時，滿足了電網相關要求。

斷路器;直流;誤跳;分析;解決方案

1 引言

高壓電力系統之間的電力傳輸以及并網、解列等操作均通過斷路器進行，目前高壓斷路器的控制回路均采用直流電源供電方式。在斷路器直接跳閘回路出現直流系統單點接地以及直流系統串擾交流電源的情況下，如果回路啟動功率過低，則有引起斷路器誤動的風險。本文對目前常見直流系統故障可能產生的影響進行分析，并以某電廠現場存在的問題為例，提出相應的解決方案。

2 直流系統故障影響分析

圖1為斷路器跳閘回路簡圖，KCO為繼電保護出口繼電器動合觸點，TJR為跳閘中間繼電器，QF為斷路器輔助觸點，LT為斷路器跳閘線圈，1FU、2FU為熔斷器。通過圖1可以看出，當A和B、A和C、A和D兩點接地時，跳閘線圈LT將有電流通過，以會使斷路器跳閘；當C和E、B和E、D和E兩點接地時，兩點接地時可能導致斷路器拒絕跳閘，或者由于中間繼電器不能啟動而在繼電保護動作后斷路器拒絕跳閘的現象發生，當A和E兩點發生接地時，還將造成直流電源的正負極短路故障，將會使熔斷器熔斷，控制回路直流消失。

圖1 斷路器簡化跳閘回路

一般認為，在直流系統中發生一點接地時，不會引起任何危害，認可繼續運行一段時間，但必須及時消除。但在在大、中型變電站中，由于使用的控制電纜較長，存在著一定的分布電容，而在一些保護裝置的邏輯回路中所使用的繼電器有動作功率小、動作電壓低的特點，在直流系統一點接地時，分布電容自放電可能引起出口繼電器誤動和斷路器的誤跳。

圖2是考慮到分布電容情況下跳閘回路的等效模型，圖中，Rp為直流回路正端對地絕緣電阻;Rn為直流回路負端對地絕緣電阻;Cp為直流系統正端對地分布電容;Cn為直流系統負端對地分布電容;Ct為長距離跳閘電纜對地分布電容;TJR為跳閘中間繼電器線圈，中間繼電器回路阻值遠小于系統對地絕緣電阻。

圖2 跳閘回路等效模型圖

經分析，當直流電源正端A點出現單點接地故障時，電容Ct兩端電壓由初始時-KM變為-KM-KM,長直電纜對地電容Ct兩端電壓將降低，電容Ct將通過電容Ct及繼電器線圈與地所構成的回路放電，如圖3所示。此時，由于電容Ct瞬間的放電效應，達到繼電器線圈TJR啟動功率，將會使繼電器動作，引起斷路器跳閘。

圖3 直流系統正端一點接地分析

當在繼電器線圈正端B點出現單點接地故障時，系統對地電容Cn兩端電壓將升高，電容Cn將通過電容Cn及繼電器線圈與地所構成的回路充電。如圖4所示，此時，由于電容Cn瞬間的放電效應，達到繼電器線圈TJR啟動功率，也會使繼電器動作，引起斷路器跳閘，其引起繼電器誤動的情況和正極一點接地類似。

二次回路交流串入直流系統也會引起保護出口繼電器誤動，如圖5所示，正常情況下，交流系統和直流系統互不想通，啟動接點不動作，但是雨水侵入、誤碰、誤接線時，會使交流串入直流系統。

圖4 直流系統負端一點接地分析

圖5 交流電源串入回路

3 解決方案及實例

通過上述分析，在出現直流系統一點接地或者交流電源串入直流回路時，如果電容的充放電功率過大，將會引起斷路器跳閘回路中間繼電器誤動，導致誤跳閘事件發生。根據《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》要求：所有涉及直接跳閘的重要回路的中間繼電器，其動作功率大于5W，以防止由于直流系統故障引起繼電器誤動。

對某電廠500kV開關站操作箱的手跳以及三相跳閘的5個回路進行測試，測試數據如表1所示。

表1 500kV操作箱測試數據

由上述測試可見，某電廠500kV開關站部分斷路器操作箱跳閘回路中間繼電器動作功率存在低于5W的情況，不滿足國家電網公司最新反措要求。根據上文分析，在出現直流系統單點接地以及直流系統串擾交流電源并考慮長電纜跳閘回路分布電容的情況下，有引起中間繼電器誤動導致跳閘出口的可能性，存在影響一次設備安全運行的隱患。

為了提高跳閘回路的啟動功率，在不改變原跳閘回路外部接口以及動作響應時間的基礎上，我們可以選擇在跳閘回路中間繼電器兩端并接功率元件，提高整個回路的啟動功率，使之大于5W。

我們可以算出以上6個不合格回路的所并接的最大電阻，通過計算結果，采用跳閘回路中間繼電器兩端并接總阻值約為1000Ω的大功率電阻，通過電阻的分流作用，提高回路的啟動功率，從而防止由于中間繼電器回路啟動功率過低造成的誤動作事件發生。

但由于電阻為元件級產品，需進行單獨選型，同時需要考慮對元件進行封裝，以保證可靠性和穩定性。經過外部反饋，在實際改造時，選用了在電廠有成熟運行經驗的大功率繼電器NR0520，該繼電器的啟動功率大于5W，阻值約為900Ω。改造時，只應用了該繼電器的功率回路，并未使用繼電器接點。通過其分流作用，提高回路的啟動功率，從而防止由于中間繼電器回路啟動功率過低造成的誤動作事件發生。

在并接了NR0520后，根據實測值和NR0520的電阻值核算所改造的3個回路的啟動功率，如表2所示。

表2 功率核算

通過核算可知，改造后，相關回路的啟動功率滿足電網反措的要求，可以防止直流系統故障造成的繼電器誤動，避免了斷路器誤跳的狀況發生。

現場的實測數據可知，改造完成后，涉及直接跳閘的相關回路的動作功率大于5W,防止了由于直流系統故障引起中間繼電器誤動導致跳閘出口的可能性，保證了一次設備安全運行，滿足電網反措要求，現場運行情況良好。

4 總結

本文分析了在考慮分布電容情況下，直流系統故障引起跳閘的原因，并結合某電站現場實際改造，給出了解決方案。現場實施和運行情況表明，通過加裝大功率繼電器，可以有效防止直流故障引起跳閘回路中間繼電器誤動的可能，保證繼電器動作的可靠性，確保斷路器安全穩定的運行。

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[5] 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.

AnalysisandSolutionofCircuitBreakerFalseTrippingCausedbyDCSystemFault

LIJing，LIUYe-sheng

(Nuclear Power Technology Research Institute,Shenzhen 518120,China)

This paper analysis the reasons for breaker false tripping that caused by DC system failures.Nuclear power plant for instance,the paper put forward the corresponding solutions.Now the transformation has been implemented to improve system reliability while meeting the power grid the relevant requirements.

breaker;DC system;false tripping;analysis;solution

1004-289X(2017)03-0088-03

TM56

B

2016-03-24

李靜(1989-)，女，碩士，助理工程師，主要從事于研究核電廠的電氣保護改造方向。