變配電室直流系統接地故障分析及防范措施

金世強 樊銀濤

河北鋼鐵集團礦業有限公司機電檢修分公司 河北 唐山 063700

一、事故概述

研山鐵礦輥磨配電室近期發生多次直流系統接地故障,2021年2月24日綜保裝置和后臺頻繁出現外部合閘和外部分閘動作,部分高壓柜出現斷路器分位、變壓器非電量信號動作、分合位監視繼電器動作,篩分車間變壓器跳閘。

二、事故分析

2月24日高壓輥配電室,GY1-1皮帶和16#皮帶(確定設備)等多個設備出現多處絕緣不良,造成直流系統多點接地,造成綜保裝置和斷路器誤報、誤動、拒動等危害設備和人身安全的嚴重后果。輥磨配電室多條皮帶出現絕緣不良,造成直流系統多點接地,是造成此次事故的主要原因。

三、事故原因

1.高阻多點接地引起綜保裝置誤報。

輥磨配電室多臺綜保裝置頻繁出現外部分合閘信號動作,該信號由綜保裝置F9和F6端子驅動,直流正極經端子進入綜保裝置后,對應兩種元器件分合閘繼電器和光電耦合管,分合閘繼電器作用于斷路器分合閘線圈,光電耦合管用于綜保裝置和后臺外部分合閘信號報警,分合閘繼電器驅動電壓較高,光電耦合管驅動電壓為額定電壓的60%,直流系統任何一臺高壓柜出現正極接地,綜保裝置F6和F9前端出現高阻接地后,光電耦合管就會驅動,造成綜保裝置誤報。

2.容性電流和交直流串擾引起綜保裝置誤動及誤報。

(1)直流回路接地時情況分析。變壓非電量保護動作的四個開關量輸入和高壓柜去現場的信號,使用的控制電纜較長,存在一定的分布電容。電容為控制回路電纜分布電容的等值電容,電纜越長,此分布電容越大,其放電容量越大。由于電容兩端電壓不能突變,在接地的瞬間就會形成環流,此電流為分布電容的放電電流。該電流為一典型的逐步衰減的直流波形,等值電容Cf越大,即控制電纜越長、電容的放電時間越長。

(2)交直流串擾問題分析。交直流串擾問題實質上也是直流回路一點接地問題,因直流系統是通過絕緣監察裝置接地的,正常運行時正負極不允許接地。而交流系統有地線,一旦交直流發生串擾,就會相應形成直流回路一點接地。由以上分析可知,是相同的原因引起保護誤動作的。因此,繼電保護操作回路中不允許交直流有公共接線點,以免引起交直流干擾。正常運行時,直流系統絕緣良好,單一的直流耦合在跳閘繼電器中分壓很小,不足以使跳閘回路誤跳閘。

由于保護的動作信號繼電器與跳閘中間繼電器之問通常有二極管隔離,此二極管對交流電壓起整流作用,由于交直流的串擾將220 V交流電壓直接加入直流跳閘回路,而直流跳閘回路的二極管將對此交流電壓進行半波整流,變成脈動電壓,交流電壓對控制電纜分布電容C的充放電過程將使脈動電壓趨于連續的電壓,此時跳閘中間繼電器的端電壓為U=U1+U2,跳閘中間繼電器的端電壓,一般情況下會遠大于(0.55-0.60)U,即遠大于中間繼電器的跳閘電壓,提高繼電器的動作功率很難解決,因此對于直流控制回路嚴禁交流混接。

研山輥磨配電室篩分變壓器綜保裝置,非電量信號同時動作,斷路器跳閘。綜保裝置分合閘回路和非電量回路中使用的光電隔離元件,最靈敏的導通電流僅1.4m A,因此無法完全避免由于使用較長控制電纜在發生直流回路一點接地或交直流串擾故障時,由于電容電流造成的綜保裝置誤報及非電量保護誤動作情況。

3.直流系統多點實接地引起綜保裝置和斷路器誤動、拒動。

(1)直流系統正極多點實接地造成綜保裝置誤動。

直流系統中任何一臺高壓柜發生正極實接地后,綜保裝置外部分合閘端子前端發生實接地,該綜保裝置內的分合閘繼電器就會被驅動,斷路器發生分合閘動作,出現誤動嚴重后果。

(2)直流系統負極多點實接地造成斷路器拒動。

直流系統中任何一臺高壓柜發生負極實接地后,高壓柜斷路器的分合閘線圈前端發生實接地,該斷路器的分合閘線圈就會被短接,造成斷路器拒動嚴重后果。

(3)直流系統正負極接地電源開關跳閘,配電室控制系統失電。

直流系統中負載前段同時發生正負極實接地后,對于直流系統母線來說,就是短路,直流屏電源開關跳閘,造成整段直流電源母線失電。高壓系統控制電源缺失,若不及時處理,造成綜保裝置保護失效、無法分合閘等嚴重故障。

本次事故主要原因是由于現場設備多點接地,造成多臺綜保裝置誤報,變壓器非電量誤動。直流系統是高壓供電系統的重要部分,直接影響配電室的穩定運行。

四、預防措施

1.加強設備維護保養。維修電工要及時對設備進行保養維護,對絕緣損害的控制電纜及時進行更換,現場裸露設備做好防水處理,對易發生絕緣損壞的地方要加強日常巡視,發現問題及時處理。

2.各級單位重視直流系統接地故障,及時發現及時處理。配電運行人員發現接地故障后及時通知各單位相關人員,并說明故障影響范圍及可能造成的后果,維修人員及時到達現場,查看直流屏運行數據,評估接地點可能造成的影響,在條件允許的情況,及時處理故障,防止故障范圍擴大化,造成嚴重事故。

3.變配電室直流系統電源改造。高壓配電室直流供電系統進行改造,加裝隔離變壓器,實現高壓配電室與現場設備電源隔離,現場設備采用交流不接地系統,加裝絕緣監測,運行方式與改造前相同,不影響設備的穩定運行,現場設備接地后對配電室的直流系統不造成任何影響,根本解決該配電室易發生接地故障的現狀,保障了配電室設備的穩定運行。

結語

綜上所述,本文結合對研山鐵礦輥磨配電室接地故障的原因分析,提出幾點防范措施,希望能夠為同類事故和故障提供一些有效的建議和意見,以此保障變配電室的安全穩定運行。