一起滅磁開關不明原因跳閘事件的分析

陳東君

（廣東能源集團（云浮）蓄能發電有限公司，廣東 新興 527400）

0 前言

滅磁開關作為發電機轉子磁場開關，起到接通和斷開勵磁電流的作用，若機組在正常帶負荷運行過程中發生滅磁開關跳閘，則勵磁電源消失，勵磁消失保護會動作跳開機端出口開關，機組甩負荷，輕者造成電廠機組非計劃停運事件，重者造成機組損壞等不可估量的事件。

直流電源系統作為穩定可靠的電源系統，通常被用于電廠開關的操作電源，若出現接地問題，可能會造成開關的誤動或拒動，進而造成事故或擴大事故；作為電氣二次各設備的工作電源還可能造成直流電源系統因帶負荷不能正常工作等事件。

2019 年12 月某廠在1 號機組啟動試驗間歇時，出現倒廠用電過程中1 號機滅磁開關不明原因跳閘的現象。因此進行了故障分析和查找，并順利找到故障是由于直流系統兩點接地造成。本文對于此類開關不明原因跳閘現象及直流系統絕緣問題加以分析。

1 故障出現及解決

結合1 號機組檢修，對勵磁系統進行了整體更換改造，更換改造包括勵磁調節器柜、勵磁功率柜、滅磁開關柜等。新改造勵磁系統為廣州擎天實業有限公司EXC9100 靜態勵磁系統，配套滅磁開關為ABB 公司E2N/E MS 1 600 A/1 000 V 型號產品，該開關雙跳閘線圈[1]。故障出現時已完成對勵磁系統本體調試（包括滅磁開關特性試驗）、勵磁參數實測及建模和PSS 現場整定等涉網試驗，試驗均正常。

該廠使用直流系統電壓為220 V，雙充雙蓄電池組配置，直流系統為珠海瓦特電力設備有限公司GZDW 智能型高頻開關電力直流電源系統產品，在線絕緣監測裝置為廣州市仟順電力設備有限公司QDA-300 型產品。故障出現時1 號蓄電池組正在更換改造，由直流系統Ⅱ段帶直流系統Ⅰ、Ⅱ段運行。

該廠1 號機組為東方電機有限公司二十世紀七十年代產品，于2013 年進行了增容改造，由36 MW增容至42 MW，增容后發電機型號為SF42-40/7250，之后每年開展一次小修，該機組于2019 年7 月發生過因冷卻水管漏水造成的轉子一點接地故障，2019年9 月發生過定子相間短路故障，本故障發生前剛完成小修工作并開展了啟動調負荷試驗，試驗正常。

1.1 故障出現

故障前1 號機組運行方式：1 號機組停機態，機端出口開關斷開，滅磁開關合位。

故障前兩段400 V 廠用電運行方式：400 V 母聯開關合位，400V Ⅱ段廠用電帶兩段廠用電運行。

運行人員恢復400 V 廠用電分段運行方式，操作倒廠用電時，斷開400 V 母聯403 開關后，1 號機滅磁開關跳開，備自投正確動作合上400 V Ⅰ段廠用電401 開關，其他運行設備均正常。

1.2 故障查找及解決

為了更好地查找故障，嘗試進行了故障重現。模擬故障前運行方式，將滅磁開關合閘，400V 母聯開關合位，400 V Ⅱ段廠用電帶兩段廠用電運行。運行人員再次斷開400 V 母聯403 開關，1 號機滅磁開關再次跳開，隨后備自投動作合上400 V Ⅰ段廠用電401 開關。直流系統Ⅱ段在線絕緣監測裝置出現正母對地電壓為1 V 的情況，后慢慢回到正常電壓，直流系統Ⅱ段充電機柜上面的智能監視裝置出現正母對地絕緣下降到1 kΩ 多又恢復到正常絕緣水平的故障信息。

為了全面分析開關跳閘的原因，考慮有開關本身問題、保護動作跳閘、手跳、計算機監控系統誤開出跳閘、操作回路故障導致的跳閘等5 種常見可能，就該5 個可能分別排查。

（1）開關本身問題

該滅磁開關為新更換開關，考慮到該情況發生的概率較小，結合故障重現的情況，初步證明了此次開關不明原因跳閘不是開關本身問題造成的。

（2）保護動作跳閘

發電機保護為唯一具有跳滅磁開關回路的繼電保護裝置，檢查發電機保護，保護裝置無保護動作報文、無保護動作指示燈，計算機監控系統無保護動作告警信號報文，初步證明此次開關不明原因跳閘不是保護動作出口跳閘造成的。

（3）手跳

詢問運行人員和現場的檢修人員，無人手跳該滅磁開關，且故障重現也證明了此次開關不明原因跳閘不是手跳造成的。

（4）計算機監控系統誤開出跳閘

檢查1 號機計算機監控系統，在該時段無計算機監控系統開出信息報文，加上故障重現，證明此次開關不明原因跳閘不是計算機監控系統誤開出跳閘造成的。

（5）操作回路故障導致的跳閘

根據故障重現的情況，在斷開400 V 母聯403開關時，除了1 號機滅磁開關跳閘之外，直流系統Ⅱ段呈現出正母短時接地的狀態，分析可能在1 號機滅磁開關操作回路存在另一接地點，與403 開關斷開后出現的直流系統正母接地的接地點形成回路，使1 號機滅磁開關操作回路上的電壓分布發生變化，跳閘線圈兩側壓差到達動作電壓，進而造成1 號機滅磁開關誤動。所以要找到操作回路中的該接地點，保持滅磁開關斷開狀態，分別從外部跳閘回路電纜、直流電源回路、勵磁系統內部回路接線三方面來檢查。

檢查發電機保護跳1 號機滅磁開關電纜、計算機監控系統分合滅磁開關電纜，對地絕緣、線間絕緣，均為無窮大。

檢查勵磁系統直流電源回路絕緣，直流電源進線對地、線間絕緣均為無窮大。勵磁系統柜內兩路直流電源空開斷開狀態下，用萬用表電阻檔測量該兩路直流電源空開下端，第一路正負極均為5~6 kΩ，第二路為無窮大。根據滅磁開關斷開時絕緣仍然存在問題，直流系統正母接地時滅磁開關誤動，推測出絕緣下降點在第一路跳閘回路滅磁開關輔助接點與跳閘線圈之間，操作回路如圖1 所示。

圖1 滅磁開關操作回路

檢查回路接線，有引至AP12 板和AP60 板兩路接線只有0.5~0.7 Ω。檢查發現該處一接線錯誤，滅磁開關內部接線中套管號為“QFG13”的接線不應接在C11，應接在11，如圖2 所示，接在C11 導致1號機滅磁開關操作電源負極接地，至此找到直流系統負極接地點。

圖2 滅磁開關信號回路

分析直流系統正極接地點是否也在1 號機勵磁系統，根據倒廠用電過程中，Ⅰ段廠用電會短時消失，考慮Ⅰ段廠用電消失會影響的勵磁系統內部的負荷，只有勵磁風機。將負極接地故障保持，斷開勵磁風機電源，未出現直流系統正極接地現象，滅磁開關也未跳開。

將接錯的套管號為“QFG13”的接線接到正確位置，退出400 V 母聯403 開關備自投，斷開400 VⅠ段廠用電401 開關，使Ⅰ段廠用電消失，直流系統出現正極接地，將該供電方式持續1 min 左右，絕緣監測裝置選出接地位置在直流母線，正母對地絕緣下降至10 kΩ 以下。合上400V Ⅰ段廠用電401 開關，使Ⅰ段廠用電恢復，直流系統正極接地消失，直流系統正負極對地絕緣、正負母電壓恢復正常。由此已經可以明確該故障點應位于同時存在Ⅰ段廠用電和直流電源供電的負荷，對該類負荷逐一排查，在斷開事故照明系統交流電源后（事故照明系統只接入Ⅰ段廠用電），事故照明系統開始工作，由直流系統供電，直流正極接地情況重現。逐一檢查各路事故照明負荷后，最終找到正極接地點位于水輪機層事故照明回路，至此找到正極接地點。

2 開關不明原因跳閘分析

已知其他一次設備無故障情況下，開關不明原因的跳閘，除了上述故障查找時羅列的開關本身問題、保護動作跳閘、手跳、計算機監控系統誤開出跳閘、操作回路故障導致的跳閘5 個常見可能性，還包括長電纜的分布電容、交流竄入直流等交流干擾的可能性。在查找原因的時候，部分原因很好排除，但有部分原因不好發現，需要對操作回路比較熟悉，才能根據故障現象準確定位故障點。

對于除滅磁開關外的其他開關操作回路中，一般會設有監視回路，通過TWJ 和HWJ 分別監視合閘回路和跳閘回路，操作回路斷線、分合閘線圈故障、直流電源接地故障、回路竄電故障、回路閉鎖等都能通過監視回路及時體現出來，其實可以考慮在滅磁開關操作回路增加監視回路。

3 直流系統絕緣問題分析

該事件發生時，因1 號蓄電池組正在更換改造，由直流系統Ⅱ段帶直流系統Ⅰ、Ⅱ段運行，1 號機勵磁直流電源、事故照明系統電源由直流系統Ⅰ段提供，所以直流系統Ⅱ段絕緣監測裝置選出的接地位置一直在直流母線，且絕緣監測裝置具有電壓補償功能，正負母電壓一直保持平衡，而該情況未被及時發現。直流接地問題之所以一直沒有被發現，是因為兩段直流系統因為一些其他元件的故障頻繁告警，而告警信號合并送給計算機監控系統，所以計算機監控系統上位機經常性出現告警報文和語音，運行人員對廠房直流系統告警已不敏感，慣性認為還是一直出現的告警信息，在倒廠用電時即使出現該故障告警也未引起警覺。又因只是單極短時接地，未造成不良后果，直至此次機組開機試驗間歇時，發生滅磁開關不明原因跳閘后，直流系統單極接地問題才被電氣人員重視。由此可見，一些小的故障，即使不影響設備運行，也要及時處理，否則可能存在更大的隱患。并且在計算機監控系統開入點夠用的情況下，告警信號盡量不要合并送給計算機監控系統。

雖然該事件中直流系統短時的單極一點接地未造成保護和開關誤動，但是直流系統一點接地也存在保護和開關誤動的可能，所以在日常運維中一定要加強對直流系統絕緣問題的重視。

另外事故照明系統使用的直流電源系統也建議和操作電源使用的直流電源系統分開，避免因照明系統絕緣問題導致的直流系統接地，造成開關誤動。

4 結語

這起事故發生的節點是新更換改造設備本體調試、涉網試驗均完成后，設備參與機組啟動試驗時期發生的，所幸沒有造成機組非計劃停運和損壞，暴露出設備生產廠家在設備出廠檢驗時對于絕緣試驗把關不嚴，新設備改造竣工驗收時，電廠對于絕緣試驗不夠重視，未能發現設備內部接線的錯誤。試驗是檢驗設備功能完好、接線正確的必要步驟，每個試驗項目都值得重視。