某廠6 kV綜保裝置跳閘插件過熱碳化分析

常路剛

（大唐武安發(fā)電有限公司，河北 邯鄲 056000）

0 引言

某電廠1、2號(hào)機(jī)組于2012年5月投產(chǎn)，6 kV廠用電同期投入使用。高壓廠用變壓器接于主變低壓側(cè)，高廠變采用分裂繞組變壓器，6 kV廠用電源取自高廠變低壓分裂繞組，單母線接線。2016年1、2號(hào)機(jī)組C級(jí)維修中發(fā)現(xiàn)6 kV IA段、6 kV IIA段共6臺(tái)電動(dòng)機(jī)數(shù)字式綜保裝置跳閘（TRIP） 插件出現(xiàn)碳化燒焦現(xiàn)象，其損壞位置一致，如圖1所示。

圖1 損壞的跳閘（TRIP） 插件

1 跳閘插件燒損分析

1.1 綜保裝置TRIP插件跳閘回路分析

1.1.1 高壓開關(guān)跳閘工作過程

圖2為跳閘（TRIP） 插件回路圖。圖1碳化燒焦的部位有3個(gè)電阻，對(duì)應(yīng)圖2中的R17、R18、R19，位于手跳（STJ） L1、L2、L3回路。高壓開關(guān)跳閘工作過程為：當(dāng)遠(yuǎn)方發(fā)“跳閘”指令、綜保裝置發(fā)“跳閘”指令（CKJ繼電器常開觸點(diǎn)閉合） 或就地手動(dòng)跳閘時(shí)，啟動(dòng)手跳（STJ） 線圈，STJ常開觸點(diǎn)閉合啟動(dòng)開關(guān)本體跳閘（TC） 線圈，使得6 kV開關(guān)跳閘。

圖2 跳閘（TRIP） 插件回路

并聯(lián)的R17～R19為水泥電阻，其參數(shù)為：R17=2.47 kΩ，額定功耗5 W；R18=2.43 kΩ，額定功耗5 W；R19=2.44 kΩ，額定功耗5 W。

1.1.2 手跳回路中設(shè)置并聯(lián)R17～R19的原因

R17～R19作用為增加STJ主回路L的電流，手跳回路中設(shè)置并聯(lián)R17～R19的初衷為：如該回路串聯(lián)接有信號(hào)繼電器（XJ） 線圈時(shí)（如圖3所示），應(yīng)滿足XJ線圈啟動(dòng)電流的需求，理由如下。

a）《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè) 電氣二次部分》[1]中對(duì)信號(hào)繼電器和附加電阻的選擇原則要求：若信號(hào)繼電器不能滿足靈敏系數(shù)和壓降的要求時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)母郊与娮璨⒙?lián)在中間繼電器上。如果信號(hào)繼電器和并聯(lián)電阻有可能長期通過電流時(shí)，它們應(yīng)該有足夠的熱穩(wěn)定性。

b）《火力發(fā)電廠、變電站二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[2]串聯(lián)信號(hào)繼電器與跳閘出口中間繼電器并聯(lián)電阻的選擇應(yīng)符合：選擇中間繼電器的并聯(lián)電阻時(shí)，應(yīng)使保護(hù)繼電器觸點(diǎn)的斷開容量不大于其允許值；應(yīng)不超過信號(hào)繼電器串聯(lián)線圈的熱穩(wěn)定電流。

圖3 STJ線圈回路

1.1.3STJ回路未接信號(hào)繼電器（XJ）線圈原因

信號(hào)回路設(shè)置在邏輯（LOGIC）插件中，當(dāng)綜保裝置動(dòng)作，其邏輯插件中出口繼電器（CKJ）上電，驅(qū)動(dòng)CKJ常開輔助觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)STJ線圈，從而將斷路器跳閘；CKJ的另外一對(duì)常開輔助觸點(diǎn)閉合，發(fā)送“保護(hù)動(dòng)作信號(hào)”至DCS。

1.2 對(duì)STJ線圈回路碳化燒焦的原因分析

STJ線圈回路碳化燒焦直接原因?yàn)镽17～R19電阻發(fā)熱，但經(jīng)測量碳化燒焦的6臺(tái)電動(dòng)機(jī)手跳回路中“DCS跳閘指令”均為脈沖指令，就地跳閘按鈕也無機(jī)械卡澀，即不存在手跳回路長時(shí)間連續(xù)通過電流的情況。

在對(duì)6 kV IA段、6 kV IIA段其他間隔的綜保裝置進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，線路及變壓器所采用的綜保裝置型號(hào)不同，但TRIP插件回路完全一致且回路中各元器件參數(shù)相同，而線路與變壓器綜保裝置的TRIP插件回路良好，無碳化燒焦跡象。由此初步判斷：自2012年投產(chǎn)以來，因6 kV電動(dòng)機(jī)開關(guān)的手動(dòng)分閘次數(shù)遠(yuǎn)大于6 kV線路及變壓器開關(guān)的分閘次數(shù)，其累計(jì)熱量超出回路耐受能力，故發(fā)生碳化燒焦。為此，調(diào)取2012年5月1日至2016年10月31日相關(guān)數(shù)據(jù)，并將損壞間隔與完好間隔的手動(dòng)分閘次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 TRIP插件燒損間隔分閘次數(shù)

表2 TRIP插件完好間隔分閘次數(shù)

由表1、表2可知，碳化燒焦插件所在間隔分閘次數(shù)為75～143次不等，未碳化燒焦插件所在間隔分閘次數(shù)為5～34次不等。在分閘次數(shù)上，碳化燒焦插件遠(yuǎn)大于未碳化燒焦插件。

2 TRIP插件回路改造

因本案例中在手跳回路中并無串聯(lián)信號(hào)繼電器，無需并聯(lián)電阻（增加電流） 去啟動(dòng)信號(hào)繼電器，且R17～R19去掉后對(duì)原有的回路也并無影響。因此，將R17～R19去掉（如圖4所示），并進(jìn)行試驗(yàn)。

對(duì)手跳時(shí)各回路的電流進(jìn)行測試，同時(shí)對(duì)未改造的TRIP插件進(jìn)行手跳時(shí)電流測試，測試數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，本回路中R17～R19在手跳啟動(dòng)時(shí)，其功耗已接近標(biāo)稱額定值5 W，且手跳回路接通時(shí)，水泥電阻消耗的有功功率轉(zhuǎn)化為熱量散出，在較頻繁的操作次數(shù)下，R17～R19的累積發(fā)熱造成電路板燒損碳化。

圖4 拆除并聯(lián)電阻后STJ線圈回路

表3 改造前后TRIP插件各回路數(shù)據(jù)對(duì)比

3 結(jié)束語

STJ線圈的負(fù)極與R17～R19并聯(lián)后由R17引至控制電源的負(fù)極，因此電路板在燒損嚴(yán)重情況下，可能導(dǎo)致手跳回路失去作用，從而影響運(yùn)行人員的正常操作。同時(shí)R17～R19在電路板上的位置緊鄰R7、R8，若因 R17～R19發(fā)熱引起 R7、R8之間的回路中斷，則會(huì)造成TC線圈無法啟動(dòng)，導(dǎo)致跳閘回路失去作用，這種情況下若發(fā)生電氣一次系統(tǒng)故障，開關(guān)將拒動(dòng)，會(huì)擴(kuò)大事故范圍，導(dǎo)致6 kV母線失電。

某電廠6 kV IA、IIA段綜保裝置的手跳回路中，并無電流啟動(dòng)型繼電器，因此無須并聯(lián)R17～R19電阻來增加啟動(dòng)電流。可將電路板上R17～R19的焊接引腳直接剪掉，既不影響STJ線圈的正常工作，同時(shí)也可免除因R17～R19在工作時(shí)大量散熱燒損電路板可能造成跳閘回路失去作用的隱患，這對(duì)于提高機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。