MMPR-10H型保護(hù)裝置外接繼電器阻值選擇

張林渠，王新發(fā)

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 廣安 638017)

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MMPR-10H型保護(hù)裝置外接繼電器阻值選擇

張林渠，王新發(fā)

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)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(shè)備時(shí)發(fā)生的開(kāi)關(guān)“跳躍”故障，查明了外接繼電器線圈直流電阻過(guò)大是造成“防跳”回路不能正常工作的原因。介紹計(jì)算外接繼電器線圈并聯(lián)電阻值和選擇安全可靠的電阻型號(hào)的方法，并提出根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的改進(jìn)方法，以滿(mǎn)足保護(hù)防跳功能可靠實(shí)現(xiàn)的要求。

〔關(guān)鍵詞〕開(kāi)關(guān)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(jī)組，總裝機(jī)容量2 400 MW，其6 kV電機(jī)開(kāi)關(guān)為真空接觸器，配備112套MMPR-10H電機(jī)綜合保護(hù)裝置。該裝置采用新型通用操作回路設(shè)計(jì)，帶有電氣“防跳”回路。

某次，運(yùn)行人員在DCS上進(jìn)行遠(yuǎn)方合閘時(shí)，開(kāi)關(guān)合閘在故障設(shè)備上產(chǎn)生“跳躍”。多次“跳躍”將造成保護(hù)越級(jí)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(kāi)關(guān)“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(jī)綜合保護(hù)裝置原理如1所示，虛線部分為綜合保護(hù)裝置，該裝置直流工作電源為直流220 V或110 V。SA為遠(yuǎn)方/就地切換開(kāi)關(guān)，當(dāng)SA置于“遠(yuǎn)方”時(shí)，5-6，7-8接點(diǎn)接通，接受“遙控”指令；當(dāng)SA置于“就地”時(shí)，1-2，9-10接點(diǎn)接通，接受就地控制。

1.1開(kāi)關(guān)遙控合閘

運(yùn)行人員在DCS上發(fā)出合閘指令，J4接點(diǎn)接通，該合閘脈沖時(shí)間一般為3 s。

動(dòng)作流程：直流正電源→控制保險(xiǎn)1FU→SA (5-6)→84→遙控合閘脈沖J4→85→63→跳閘閉鎖常閉接點(diǎn)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(diǎn)KA→6kV接觸器常閉接點(diǎn)QF→控制保險(xiǎn)2FU→直流負(fù)電源。

動(dòng)作結(jié)果：K1勵(lì)磁，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，合閘線圈YC(雙線圈)勵(lì)磁，開(kāi)關(guān)合閘；合閘保持繼電器HBJ勵(lì)磁，HBJ常開(kāi)接點(diǎn)閉合，61通過(guò)該接點(diǎn)向合閘保持繼電器HBJ供電，形成合閘保持回路。

1.2開(kāi)關(guān)故障跳閘及“防跳”

當(dāng)開(kāi)關(guān)合閘在故障設(shè)備上，開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作，J1接點(diǎn)接通。按照上述回路分析方法，跳閘中間繼電器K2勵(lì)磁，啟動(dòng)跳閘線圈YT，開(kāi)關(guān)跳閘。開(kāi)關(guān)跳閘的同時(shí)，跳閘重動(dòng)繼電器TCJ勵(lì)磁，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，通過(guò)61向該接點(diǎn)提供電源，接通跳閘閉鎖繼電器TBJ，TBJ勵(lì)磁，其接在合閘回路中的TBJ常閉接點(diǎn)打開(kāi)，切斷合閘回路電源，防止開(kāi)關(guān)再次合閘，實(shí)現(xiàn)電氣回路“防跳”。

2　開(kāi)關(guān)“跳躍”原因分析

由開(kāi)關(guān)“防跳”回路分析，操作員在DCS上發(fā)出3 s合閘操作指令時(shí)，開(kāi)關(guān)發(fā)生“跳躍”，這是由于防跳繼電器TBJ未勵(lì)磁，其常閉接點(diǎn)未斷開(kāi)合閘回路造成的。經(jīng)進(jìn)一步分析，認(rèn)為在開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘時(shí)，跳閘重動(dòng)繼電器TCJ未勵(lì)磁，導(dǎo)致未接通防跳繼電器TBJ。造成TCJ未勵(lì)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(duì)回路進(jìn)行直流電阻匹配計(jì)算。

圖1　MMPR-10H型保護(hù)裝置原理

3　 回路電阻計(jì)算與選擇

3.1K2并聯(lián)電阻阻值計(jì)算

經(jīng)查閱相關(guān)資料，跳閘重動(dòng)繼電器TCJ型號(hào)為JHX-3F-A-1H1D，1.5 V DC，0.056 W；二極管型號(hào)6A10，根據(jù)該類(lèi)型二極管特性曲線，獲取參數(shù)為0.75 V，40 Ω；跳閘中間繼電器K2為220 V DC，6.2 kΩ。依據(jù)以上數(shù)據(jù)，跳閘重動(dòng)TCJ回路電阻計(jì)算示意如圖2所示。

該保護(hù)裝置直流電源為220 V，按額定電壓計(jì)算，此時(shí)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)?；芈房傠娏?5 mA，TCJ支路電流約23 mA。TCJ額定動(dòng)作電流I1=Ue/Re=1.5 V/40 Ω=37.5 mA。

圖2　跳閘重動(dòng)TCJ回路電阻計(jì)算示意

顯然，TCJ支路電流小于額定動(dòng)作電流，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常勵(lì)磁，造成“防跳”功能失效。為保證TCJ可靠動(dòng)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定在K2中間繼電器并聯(lián)電阻，滿(mǎn)足TCJ動(dòng)作功率要求，計(jì)算過(guò)程如下：

并聯(lián)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(lián)電阻R的實(shí)際計(jì)算中，為確保TCJ動(dòng)作的可靠性和穩(wěn)定性，選擇電阻時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足2個(gè)條件：

(1)直流電壓最低(85 %額定電源電壓)時(shí)，TCJ能可靠動(dòng)作；

(2)直流電壓最高(110 %額定電源電壓)時(shí)，能滿(mǎn)足TCJ的熱穩(wěn)定性。

按85 %額定電壓計(jì)算并聯(lián)電阻R值?；芈房傠娮瑁篟總=U/Ie=217 V×0.85/56.25 mA≈3.28 kΩ。

依據(jù)回路總電阻R總，經(jīng)計(jì)算K2需并聯(lián)電阻R約為7 kΩ。

按110 %額定電源電壓校核TCJ的熱穩(wěn)定性?；芈房傠娏鳎篒總=U/R=217 V×1.1/3.28 kΩ= 72.8 mA。

此時(shí)，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(guò)載能力，同時(shí)TCJ電流線圈并聯(lián)的二極管具有非線性伏-安特性，當(dāng)電源電壓升高時(shí)，能起調(diào)節(jié)TCJ中電流的作用，使其在合適范圍，故滿(mǎn)足TCJ的熱穩(wěn)定性要求。

3.2K2并聯(lián)電阻功率及型號(hào)選擇

3.2.1電阻額定功率的選擇

選擇電阻額定功率時(shí)，應(yīng)考慮正常運(yùn)行時(shí)電阻承受的最大功率，并留有一定裕度。在110 %額定電壓時(shí)，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(xù)時(shí)間短，但為確保在回路異常情況時(shí)(如開(kāi)關(guān)拒動(dòng))不會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱燒損，其功率選擇應(yīng)考慮足夠的裕度，可按2倍計(jì)算值選擇，取16 W。

3.2.2電阻型號(hào)的選擇

選擇電阻型號(hào)時(shí)，應(yīng)考慮電阻應(yīng)用在電機(jī)控制回路上，安全可靠運(yùn)行要求程度高，應(yīng)選用質(zhì)量較好的電阻。為滿(mǎn)足阻值、功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的要求，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，選定AC-RXLG系列鋁殼電阻器(一種采用耐高溫有機(jī)硅樹(shù)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(jí)(±5 %)，將其作為K2并聯(lián)電阻。

3.3其他電阻計(jì)算

當(dāng)MMPR-10H電機(jī)綜合保護(hù)裝置電源為110 V時(shí)，可采用同樣方法計(jì)算并選擇外接中間繼電器K2的并聯(lián)電阻。

4　 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況及改進(jìn)方案

4.1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施情況

現(xiàn)場(chǎng)該開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置外接合閘中間繼電器K1電阻為3.5 kΩ，滿(mǎn)足外接電阻要求，無(wú)需并聯(lián)電阻。

現(xiàn)場(chǎng)該開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置外接跳閘中間繼電器K2電阻為6.2 kΩ(曾經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員計(jì)算并咨詢(xún)制造廠家)，選擇了RX21-10W-10kΩ-J型水泥電阻作為K2的并聯(lián)電阻，完成了并接工作，恢復(fù)了保護(hù)“防跳”功能。

4.2水泥電阻選擇存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的再次計(jì)算，原先選擇的K2水泥并聯(lián)電阻雖可滿(mǎn)足正常狀態(tài)下的“防跳”要求，但仍存在以下幾點(diǎn)不足。

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

(2)選擇功率偏小。當(dāng)出現(xiàn)跳閘回路異常時(shí)(如開(kāi)關(guān)拒動(dòng))，并聯(lián)電阻持續(xù)通電，功率裕度偏小就可能過(guò)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(wěn)定性和可靠性較低，不適用于要求高的保護(hù)控制回路。

4.3暴露的問(wèn)題

(1)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理存在漏洞，保護(hù)校驗(yàn)未對(duì)電氣保護(hù)裝置“防跳”回路進(jìn)行校驗(yàn)。

(2)技術(shù)人員對(duì)外接繼電器K2的阻值要求重要性認(rèn)識(shí)不足，在標(biāo)準(zhǔn)檢修調(diào)試項(xiàng)目中，未要求對(duì)外接繼電器阻值進(jìn)行測(cè)試。

(3)技術(shù)人員在選擇回路電阻時(shí)，對(duì)直流電壓范圍的規(guī)定不清楚，對(duì)功率、阻值標(biāo)稱(chēng)值、額定功率標(biāo)稱(chēng)值、精度等級(jí)及具體型號(hào)的選擇原則不清楚。

4.4糾正措施

(1)保護(hù)校驗(yàn)增加對(duì)“防跳”回路的校驗(yàn)項(xiàng)目、裝置外接繼電器K2等的阻值測(cè)試項(xiàng)目。

(2)加強(qiáng)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，擴(kuò)大技術(shù)人員的知識(shí)面。

(3)可按照本文重新計(jì)算的結(jié)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(jìn)一步改進(jìn)的方案

造成MMPR-10H型保護(hù)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(guò)大，造成回路電流太小。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，選擇合適的并聯(lián)電阻雖能夠解決防跳問(wèn)題，但增加了元件和故障幾率。

后經(jīng)研究，決定將外接跳閘中間繼電器K2換型作為進(jìn)一步改進(jìn)的方案。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，K2阻值應(yīng)選擇為3.28 kΩ。K2現(xiàn)有型號(hào)為：CJX2-0910，220 V DC，實(shí)測(cè)電阻6.2 kΩ，阻值過(guò)大；K2更換型號(hào)為：GSC1(CJX4-d)-098Z，220 V DC，實(shí)測(cè)電阻為3.2 kΩ，能滿(mǎn)足防跳回路需求。該廠將結(jié)合機(jī)組檢修情況安排改進(jìn)計(jì)劃，對(duì)K2逐一進(jìn)行更換。

5　 結(jié)束語(yǔ)

6 kV電機(jī)MMPR-10H綜合保護(hù)裝置為典型設(shè)計(jì)，但廠家未對(duì)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(duì)此，可采用本文所述方法進(jìn)行回路電阻計(jì)算，選擇合適阻值的外接繼電器或選擇合適的并聯(lián)電阻，以滿(mǎn)足保護(hù)防跳功能可靠實(shí)現(xiàn)的要求。

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

王新發(fā)(1967-)，男，工程師，主要從事火電廠電氣維護(hù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)工作。

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-10-18；修回日期：2015-11-19。