交流電串入110V直流回路引起開關誤動原因分析與預防

李勝江

[摘 ?要]通過某電廠6kV電動機FC開關熔斷器裸露金屬部分與直流插件破損套管接觸，引起6kV系統諧振、接地，交流串入直流回路，導致開關誤動的原因分析，明確了根本原因是開關控制回路對地分布電容大，串入交流后，容抗小，開關跳、合閘線圈動作電壓低，交流電經電容與開關跳、合閘線圈構成通路，開關誤動，并提出預防措施。

[關鍵詞]交流串入直流 ?分布電容大 ?開關誤動 ?原因分析 ?預防

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0273-02

前言

火力發電廠中，110V直流電源因輸出電壓恒定，不周期性變化，通常作為繼電保護、自動裝置、信號回路以及斷路器分、合閘出口繼電器控制電源等。當前微機繼電保護裝置各繼電器動作功率小、低電位下動作迅速。跳、合閘回路電纜較長，對地分布電容大，恒定的直流電壓下，電容相當于開路狀態，儲存的電荷不會釋放掉。交流電輸出電壓通常做正弦周期性變化的，對分布電容大回路，當有足夠大電壓等級的交流電通過時，正弦電壓正周期內電容充電，負周期內電容放電，相當于交流電作用下電容容抗小，容易使動作功率小的繼電器動作，極易引起開關誤動作。

1 事故概述

某電廠裝機容量為6×200MW，2012年5月開始進行 3、4號機組脫硫系統工程改造，發電機出口各新增了一臺高壓脫硫變壓器，發電組保護同時進行了改造，2012年8月16日3號機組并網發電。8月22日2時50分機組正常運行，有功功率125MW，發電機定子電壓15856V，定子電流4761A，轉子電壓220V，轉子電流1075A。4號機組改造停運，4號機組6kVⅣA、ⅣB段送電備用的負荷有：二期5號除灰空壓機，4號爐1號、2號送風高、低速電機，2號循環水泵高速電機，4號爐1號、2號磨煤機、1號排粉機，4號爐1號、2號引風機電機。

2012年8月22日2時57分8秒至13秒期間，4號機組DCS中來“6kVIVB段母線有諧波”、“6kV B分支進線PT接地報警”。2時57分18秒，3號機組DCS來“4013開關跳閘”、“3號發變組第二組保護出口動作”光字牌;4號機組1號磨煤機、2號循環水泵高速、2號送風機高速開關同時合閘電機自啟動。2時59分57 秒3號汽輪機手動打閘，3號機組停機。3號發變組保護屏Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ屏均無保護跳閘出口信號及異常報警，3號發變組一次系統所屬設備運行正常。

2 開關誤動原因分析

2.1 開關誤動初步分析

新電力行業標準繼電保護反事故措施中要求“雙套保護直流電源必須取自不同直流系統”，其目的是為了防止一路直流電源故障消失，另一路繼續供電，保護裝置可靠動作。為落實這一要求，該發電廠3、4號發變組保護換型改造時，將3號機組110V直流電源作為3號發變組A套微機保護裝置及第一組控制回路直流電源，將4號機組110V直流電源作為3號發變組B套保護裝置及第二組控制回路的電源。

事件發生后，經查找6kVⅣB段諧振及A相接地原因為二期5號除灰空壓機FC電源開關處接地，將開關停電，發現該開關二次插件PVC防護管與開關A相一次保險端部導電部位接觸，且插件端部PVC防護管對開關柜體放電，造成6kVⅣB段諧振及A相接地。又因5號除灰空壓機電源開關二次插件端部護套與開關本體發生間歇性放電，導致插件端頭二次線燒損，插頭內124號線被燒露出銅芯，且此開關A相對箱體放電時弧光電阻兩端電壓在放電瞬間一端通過5號除灰空壓機開關二次插件124號銅芯線、DL常閉接點、102號線串入4號機110V直流系統負極中，另一端通過箱體接地，構成等效的交流電源（如圖1）。這里R弧光是對地放電產生弧光電阻，其兩端電壓等效為交流電源AC串入110V直流負極。

查閱4號機組故障錄波器波形，初期5號除灰空壓機FC電源開關初期產生弧光只對箱體放電時造成6kVⅣB段諧振，之后二次插件124號銅芯被弧光燒裸露后較小的弧光電阻兩端交流電壓串入110V直流負極后，3號機組開關跳閘，4號機組3臺電動機自啟動，同時因交流電壓過高，導致了2號循環水泵高速電源開關控制回路中跳閘位置繼電器TWJ線圈負極接線端子絕緣擊穿， 4號機110V直流負極接地。最后6kVⅣB段A相完全接地。

2.2 3號發變組主開關跳閘原因具體分析

由于3號發變組4013開關跳閘線較長（其電纜來自一期網控母差屏、安穩屏Ⅱ和失靈保護屏等，長度約400米），電纜對地分布電容較大，交流電時容抗小，當交流電串入時，通過3號發變組操作箱第二組跳閘回路負極102Ⅱ，經過21TJR，22TJR，23TJR跳閘繼電器線圈，在133Ⅱ點通過分布電容注入大地，此回路構成通路，導致操作箱中21TJR、22TJR、23TJR出口繼電器動作，3號發變組4013開關跳閘。

2.3 4號機三臺6kV廠用電動機電源開關誤合閘原因具體分析

2.3.1 ?2號循環水泵高速電源開關合閘原因分析

2號循環水泵高速電源開關自動合閘后，4號機110V直流負極接地，查為開關控制回路跳閘位置繼電器TWJ線圈負極接地。分析認為交流電進入4號機110V直流系統后，將2號循環水泵高速電源開關控制回路中跳閘位置繼電器TWJ線圈負極接線端子絕緣擊穿，導致4號機110V直流負極接地。由于跳閘位置繼電器TWJ安裝于開關合閘回路（監視合閘回路完好），線圈負極接線端子與開關合閘線圈相連。交流電經開關輔助閉接點（S1、S12接點閉合）和合閘線圈Y9注入大地，導致開關合圈線圈勵磁，開關合閘。

2.3.2 1號送風高速、1號磨煤機兩臺開關合閘原因

事件發生后，查閱4號機檢修期間廠用6kV電源開關合閘電壓試驗記錄，發現1號送風高速、1號磨煤機電源開關合閘電壓最低，為40V，其他開關合閘電壓均大于45V。分析原因當交流電進入4號機110V直流系統負極102線后，經過開關輔助接點S12、S1、合閘線圈Y1及閉合的K1接點和二次電纜105點分布電容C注入大地，因1號送風高速、1號磨煤機電源開關合閘電壓40V最低，合閘線圈起動功率最小，因此造成1號送風高速、1號磨煤機兩臺開關自動合閘。而其他開關合閘線圈合閘電壓較高（大于45V），起動功率較大，此回路電流（電容電流）不足以讓合閘線圈勵磁，未受到干擾（見附圖4）。

3 事后處理與預防

出現6kV系統諧振，接地，交流電串入110V直流回路，110V直流系統接線端子處擊穿接地，3號機組跳閘、4號機組6kV 3個電動機自啟動，一系列的問題導致了嚴重后果，必須查找隱患及原因，此次事件直接原因是3、4號機組6kV系統各FC開關質量問題，其開關一次保險端部金屬部位無隔板，直接裸露在外，再者二次插件PVC防護管套、脫落損壞，且直接接觸到裸露的6kV 一次保險金屬端頭，再由于長期套管衛生不清潔，最終導致6kV 開關A相保險處對防護管套及箱體放電，導致一系列問題發生。

為防止交流電串入直流回路事件再次發生，將3、4號機組6kV所有FC開關進行了排查及改造，將所有3、4號機組6kV FC開關一次保險處上下加裝防護絕緣隔板，將原護線管固定夾改為Ω形固定夾（見圖5），牢固鎖住護線管，有效避免護線管發生形變脫落，避免二次插件與開關一次保險裸露部位接觸，杜絕不安全事件的發生。重新排查各開關分、合出口繼電器，對啟動電壓低，動作功率小的出口繼電器加以更換處理。

加強電氣設備的檢修工藝質量，嚴格按工藝流程對各部件進行檢修，重視電氣設備二次部分的檢修，檢查二次線與一次帶電部位的安全距離，二次回路的絕緣以及二次插頭、插座是否清潔、完整、無損傷，二次端子接線是否可靠牢固，二次線脫落后能否觸及一次帶電部位、開關的二次線防護套管是否完整，有無破損，與插頭接觸是否牢靠等，加大檢修過程中質量驗收，確保修后設備的安全穩定運行。

4 結束語

交流串入110V直流回路引起的事故是嚴重的，要嚴防交流電混入直流電中。通過上述分析，明確了引起開關誤動主要原因是跳閘、合閘回路電纜比較長，對地分布電容較大，直流回路串入交流電壓，電容放電或者電容容抗小，使跳閘、合閘出口繼電器動作，從而引起開關誤動作，全面查找隱患防止交流電串入直流回路。另外在跳閘、合閘回路中加裝大功率繼電器，能夠提高出口繼電器交流電壓啟動電壓值，進而防止跳閘、合閘出口繼電器的誤動。

參考文獻

[1]孟凡超，高志強，楊書東 .交流串入直流回路引起開關跳閘的原因分析.2007.

[2]曹景玉，鄭文敬，田峰 . 交流混串入直流回路引起開關跳閘的原因分析及防范.電力安全技術2010年第11期