MMPR-10H型保護裝置外接繼電器阻值選擇

張林渠，王新發

(四川廣安發電有限責任公司，四川 廣安 638017)

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MMPR-10H型保護裝置外接繼電器阻值選擇

張林渠，王新發

(四川廣安發電有限責任公司，四川 廣安 638017)

〔摘 要〕分析了某次6 kV真空接觸器合閘在故障設備時發生的開關“跳躍”故障，查明了外接繼電器線圈直流電阻過大是造成“防跳”回路不能正常工作的原因。介紹計算外接繼電器線圈并聯電阻值和選擇安全可靠的電阻型號的方法，并提出根據現場實際情況的改進方法，以滿足保護防跳功能可靠實現的要求。

〔關鍵詞〕開關跳躍；外接繼電器；直流阻值；選擇

0　引言

某電廠為4×300 MW+2×600 MW機組，總裝機容量2 400 MW，其6 kV電機開關為真空接觸器，配備112套MMPR-10H電機綜合保護裝置。該裝置采用新型通用操作回路設計，帶有電氣“防跳”回路。

某次，運行人員在DCS上進行遠方合閘時，開關合閘在故障設備上產生“跳躍”。多次“跳躍”將造成保護越級跳閘，斷路器的遮斷能力下降，甚至引起爆炸事故，所以確保開關“防跳”回路的可靠性是十分重要的。

1　“防跳”回路分析

MMPR-10H電機綜合保護裝置原理如1所示，虛線部分為綜合保護裝置，該裝置直流工作電源為直流220 V或110 V。SA為遠方/就地切換開關，當SA置于“遠方”時，5-6，7-8接點接通，接受“遙控”指令；當SA置于“就地”時，1-2，9-10接點接通，接受就地控制。

1.1開關遙控合閘

運行人員在DCS上發出合閘指令，J4接點接通，該合閘脈沖時間一般為3 s。

動作流程：直流正電源→控制保險1FU→SA (5-6)→84→遙控合閘脈沖J4→85→63→跳閘閉鎖常閉接點TBJ1→合閘保持繼電器HBJ→二極管→64→合閘中間繼電器K1→一次熔斷器熔斷接點KA→6kV接觸器常閉接點QF→控制保險2FU→直流負電源。

動作結果：K1勵磁，其常開接點閉合，合閘線圈YC(雙線圈)勵磁，開關合閘；合閘保持繼電器HBJ勵磁，HBJ常開接點閉合，61通過該接點向合閘保持繼電器HBJ供電，形成合閘保持回路。

1.2開關故障跳閘及“防跳”

當開關合閘在故障設備上，開關保護動作，J1接點接通。按照上述回路分析方法，跳閘中間繼電器K2勵磁，啟動跳閘線圈YT，開關跳閘。開關跳閘的同時，跳閘重動繼電器TCJ勵磁，其常開接點閉合，通過61向該接點提供電源，接通跳閘閉鎖繼電器TBJ，TBJ勵磁，其接在合閘回路中的TBJ常閉接點打開，切斷合閘回路電源，防止開關再次合閘，實現電氣回路“防跳”。

2　開關“跳躍”原因分析

由開關“防跳”回路分析，操作員在DCS上發出3 s合閘操作指令時，開關發生“跳躍”，這是由于防跳繼電器TBJ未勵磁，其常閉接點未斷開合閘回路造成的。經進一步分析，認為在開關保護跳閘時，跳閘重動繼電器TCJ未勵磁，導致未接通防跳繼電器TBJ。造成TCJ未勵磁的原因可能是：其外部所接的跳閘中間繼電器K2線圈電阻值不匹配，需對回路進行直流電阻匹配計算。

圖1　MMPR-10H型保護裝置原理

3　 回路電阻計算與選擇

3.1K2并聯電阻阻值計算

經查閱相關資料，跳閘重動繼電器TCJ型號為JHX-3F-A-1H1D，1.5 V DC，0.056 W；二極管型號6A10，根據該類型二極管特性曲線，獲取參數為0.75 V，40 Ω；跳閘中間繼電器K2為220 V DC，6.2 kΩ。依據以上數據，跳閘重動TCJ回路電阻計算示意如圖2所示。

該保護裝置直流電源為220 V，按額定電壓計算，此時回路總電流I=U/R=(220-0.75-1.5)V/6.2 kΩ≈35 mA(K2電壓取217 V)。回路總電流35 mA，TCJ支路電流約23 mA。TCJ額定動作電流I1=Ue/Re=1.5 V/40 Ω=37.5 mA。

圖2　跳閘重動TCJ回路電阻計算示意

顯然，TCJ支路電流小于額定動作電流，無法實現正常勵磁，造成“防跳”功能失效。為保證TCJ可靠動作，需提高回路總電流，即降低外部跳閘中間繼電器K2的阻值。

依據現場實際情況，決定在K2中間繼電器并聯電阻，滿足TCJ動作功率要求，計算過程如下：

并聯二極管回路額定電流I2=Ue/Re=0.75 V/40 Ω=18.75 mA；回路總額定電流Ie= I1+I2=37.5+ 18.75 mA=56.25 mA。

在并聯電阻R的實際計算中，為確保TCJ動作的可靠性和穩定性，選擇電阻時應滿足2個條件：

(1)直流電壓最低(85 %額定電源電壓)時，TCJ能可靠動作；

(2)直流電壓最高(110 %額定電源電壓)時，能滿足TCJ的熱穩定性。

按85 %額定電壓計算并聯電阻R值。回路總電阻：R總=U/Ie=217 V×0.85/56.25 mA≈3.28 kΩ。

依據回路總電阻R總，經計算K2需并聯電阻R約為7 kΩ。

按110 %額定電源電壓校核TCJ的熱穩定性。回路總電流：I總=U/R=217 V×1.1/3.28 kΩ= 72.8 mA。

此時，TCJ回路電流約為48.5 mA，為額定值的1.29倍。因TCJ電流線圈具有一定的過載能力，同時TCJ電流線圈并聯的二極管具有非線性伏-安特性，當電源電壓升高時，能起調節TCJ中電流的作用，使其在合適范圍，故滿足TCJ的熱穩定性要求。

3.2K2并聯電阻功率及型號選擇

3.2.1電阻額定功率的選擇

選擇電阻額定功率時，應考慮正常運行時電阻承受的最大功率，并留有一定裕度。在110 %額定電壓時，回路總電流72.8 mA，R分流電流為34.19 mA，其功率為8.18 W。正常情況下，該電阻中電流持續時間短，但為確保在回路異常情況時(如開關拒動)不會出現過熱燒損，其功率選擇應考慮足夠的裕度，可按2倍計算值選擇，取16 W。

3.2.2電阻型號的選擇

選擇電阻型號時，應考慮電阻應用在電機控制回路上，安全可靠運行要求程度高，應選用質量較好的電阻。為滿足阻值、功率及現場安裝條件的要求，通過市場調研，選定AC-RXLG系列鋁殼電阻器(一種采用耐高溫有機硅樹脂和硅粉的基本材料封裝的功率型繞線電阻)，定制7 kΩ/16 W，精度J級(±5 %)，將其作為K2并聯電阻。

3.3其他電阻計算

當MMPR-10H電機綜合保護裝置電源為110 V時，可采用同樣方法計算并選擇外接中間繼電器K2的并聯電阻。

4　 現場實施情況及改進方案

4.1現場實際實施情況

現場該開關保護裝置外接合閘中間繼電器K1電阻為3.5 kΩ，滿足外接電阻要求，無需并聯電阻。

現場該開關保護裝置外接跳閘中間繼電器K2電阻為6.2 kΩ(曾經過現場技術人員計算并咨詢制造廠家)，選擇了RX21-10W-10kΩ-J型水泥電阻作為K2的并聯電阻，完成了并接工作，恢復了保護“防跳”功能。

4.2水泥電阻選擇存在的問題

經過現場專業技術人員的再次計算，原先選擇的K2水泥并聯電阻雖可滿足正常狀態下的“防跳”要求，但仍存在以下幾點不足。

(1)選擇電阻偏大。計算并聯電阻阻值時，未按最低電壓85 %計算，而是按照額定電壓進行計算，故在直流電壓降低時“防跳”仍可能失效。

(2)選擇功率偏小。當出現跳閘回路異常時(如開關拒動)，并聯電阻持續通電，功率裕度偏小就可能過熱燒毀，并殃及控制回路。

(3)選用水泥電阻不妥。水泥電阻工作的穩定性和可靠性較低，不適用于要求高的保護控制回路。

4.3暴露的問題

(1)現場技術管理存在漏洞，保護校驗未對電氣保護裝置“防跳”回路進行校驗。

(2)技術人員對外接繼電器K2的阻值要求重要性認識不足，在標準檢修調試項目中，未要求對外接繼電器阻值進行測試。

(3)技術人員在選擇回路電阻時，對直流電壓范圍的規定不清楚，對功率、阻值標稱值、額定功率標稱值、精度等級及具體型號的選擇原則不清楚。

4.4糾正措施

(1)保護校驗增加對“防跳”回路的校驗項目、裝置外接繼電器K2等的阻值測試項目。

(2)加強培訓學習，擴大技術人員的知識面。

(3)可按照本文重新計算的結果，將水泥電阻更換為AC-RXLG-7 kΩ-16W-J型鋁殼電阻(定制)。

4.5進一步改進的方案

造成MMPR-10H型保護裝置“防跳”回路工作異常的主要原因，是外接跳閘中間繼電器K2阻值過大，造成回路電流太小。在現場實踐中，選擇合適的并聯電阻雖能夠解決防跳問題，但增加了元件和故障幾率。

后經研究，決定將外接跳閘中間繼電器K2換型作為進一步改進的方案。根據上述計算結果，K2阻值應選擇為3.28 kΩ。K2現有型號為：CJX2-0910，220 V DC，實測電阻6.2 kΩ，阻值過大；K2更換型號為：GSC1(CJX4-d)-098Z，220 V DC，實測電阻為3.2 kΩ，能滿足防跳回路需求。該廠將結合機組檢修情況安排改進計劃，對K2逐一進行更換。

5　 結束語

6 kV電機MMPR-10H綜合保護裝置為典型設計，但廠家未對電氣“防跳”回路等外接繼電器線圈阻值作明確要求，如外接繼電器線圈阻值選型不匹配，將造成電氣“防跳”工作不正常。對此，可采用本文所述方法進行回路電阻計算，選擇合適阻值的外接繼電器或選擇合適的并聯電阻，以滿足保護防跳功能可靠實現的要求。

參考文獻：

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5 中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T5044—2004，電力工程直流系統設計技術規程[S].北京：中國電力出版社，2004.

張林渠(1976-)，男，工程師，主要從事火電廠運行管理工作，email：gagszlq@163.com。

王新發(1967-)，男，工程師，主要從事火電廠電氣維護專業技術工作。

作者簡介：

收稿日期：2015-10-18；修回日期：2015-11-19。