淺談火力發(fā)電廠交流串入直流系統(tǒng)的危害及防范措施

張佳音

[摘 ? ?要]在火力發(fā)電廠電氣設(shè)備回路中，為了實現(xiàn)電源、控制、保護、信號等功能，一個盤柜或端子箱內(nèi)不僅有交流電，同時也有直流電。而且由于盤柜內(nèi)空間有限或為了實現(xiàn)更多的功能，會使交、直流接線端子距離很近，故在回路設(shè)計安裝和檢修過程中，極易因設(shè)計不合理、安裝質(zhì)量不合格、誤觸、誤碰、誤接線等原因，造成交流電串入直流電系統(tǒng)，而發(fā)生事故。本文描述了一起火力發(fā)電廠交流串入直流的事故案例，對交串直的原因及危害進行了分析和介紹，并列出了一系列防范措施。

[關(guān)鍵詞]交流串入直流;事故分析;事故防范

[中圖分類號]TM621 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）05–00–03

Talking About the Hazards and Preventive Measures of AC Series-Connected DC Systems in Thermal Power Plants

Zhang Jia-yin

[Abstract]In the electrical equipment loop of a thermal power plant， in order to realize the functions of power supply， control， protection， signal， etc.， there is not only alternating current but also direct current in a panel or terminal box.In addition， due to the limited space in the panel or in order to achieve more functions， the AC and DC terminals will be very close.Therefore， it is easy to cause unreasonable design， unqualified installation quality， and accidental touch during loop design， installation and maintenance.， Accidental touch， wrong wiring， etc.， causing AC power to be connected to the DC system and accidents.The article describes an accident case of AC-to-DC in a thermal power plant， analyzes and introduces the causes and hazards of AC-to-DC， and lists a series of preventive measures.

[Keywords]AC series into DC; accident analysis; accident prevention

在火力發(fā)電廠電氣設(shè)備運行過程中，如因設(shè)計不合理、人員誤操作或電纜絕緣損壞等情況，將交流回路接入直流回路，會對電氣設(shè)備的運行帶來很的大安全隱患，設(shè)備跳閘線圈或繼電保護裝置可能會出現(xiàn)誤動情況，而引起事故的發(fā)生。所以，電氣工作人員必須認識到交流串入直流系統(tǒng)的危害，方能確保電氣設(shè)備的安全運行。

1 ?交流串入直流系統(tǒng)的原理

火力發(fā)電廠二次系統(tǒng)的工作電源可分位直流系統(tǒng)及交流系統(tǒng)。正常運行時，直流系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，它的正負極與地之間存在分布電容及電阻，交流系統(tǒng)則可視為接地系統(tǒng)，當(dāng)交流系統(tǒng)串入直流系統(tǒng)后，首先引起直流接地。若直流系統(tǒng)有較大的對地分布電容，就會引起以直流電源為工作電源的跳閘線圈及保護出口繼電器發(fā)生誤動。造成交流串入直流系統(tǒng)的主要原因可分為三種：

（1）安全措施不到位，檢修人員回路不清楚、專業(yè)技能不熟練、工作不仔細等，誤將兩系統(tǒng)接線短接。

（2）設(shè)備老化、交直流電纜絕緣破損短路等情況，導(dǎo)致交流串入直流。

（3）設(shè)計問題，交流回路與直流回路安裝過近，一旦發(fā)生振動就可能發(fā)生接觸，或直流控制電纜與接地網(wǎng)設(shè)備距離太近，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障或倒閘操作接地網(wǎng)就會出現(xiàn)零序電流，交流電就會通過對地分布電容串入直流系統(tǒng)。

2 ?一起交流串入直流事故分析

2.1 ?設(shè)備概況

在發(fā)電廠生產(chǎn)過程中，需要利用多臺空壓機取得大量的壓縮空氣，來維持機組的安全穩(wěn)定運行。空壓機在運行中需要利用冷卻風(fēng)機對壓縮機進行冷卻，確保安全運行溫度。冷卻風(fēng)機的啟動控制回路為220V交流回路，高壓電機電源開關(guān)合、分閘控制回路為110V直流回路。而空壓機出廠設(shè)計中，為防止本體因超溫而損壞，將冷卻風(fēng)機自啟動交流回路與開關(guān)合、分閘直流回路共用一只繼電器的常開、常閉接點進行控制，繼電器各接點端子間距離較小，極易造成交、直流回路短接，使交流串入直流回路中。

發(fā)電機出口開關(guān)、6kV廠用設(shè)備電源開關(guān)等重要設(shè)備的控制回路，多采用110V直流電源，且部分設(shè)備取自一個直流母線段，一旦交流串如直流回路，會使保護出口繼電器線圈或開關(guān)跳閘線圈通過對地等效電容形成回路，如果交流電壓足夠高或在電纜等效分布電容上產(chǎn)生的電流足夠大，就會導(dǎo)致繼電器或開關(guān)的誤動作，造成設(shè)備或機組跳閘，甚至設(shè)備損壞。

2.2 ?事故故障現(xiàn)象

某330 MW火力發(fā)電廠，機組正常運行，主變高壓側(cè)開關(guān)突然跳閘，ETS首出“發(fā)變組出口開關(guān)跳閘”，檢查機組繼電保護、熱機保護、220kV系統(tǒng)繼電保護、穩(wěn)控裝置無異常報警信號，檢查出口開關(guān)本體機構(gòu)、六氟化硫壓力表等均正常，查看錄波器三相電流、電壓波形無波動，三相不一致未動作，判斷開關(guān)未發(fā)生偷跳情況。檢查發(fā)變組直流控制回路各點電位正常，絕緣測試正常。檢查DCS人員行為操作記錄未發(fā)現(xiàn)異常情況;檢查升壓站視頻監(jiān)控、DCS工程師站視頻監(jiān)控未發(fā)現(xiàn)有人員出入。

檢查機組110V直流母線絕緣監(jiān)察裝置報文內(nèi)有交流串入直流回路的報文，通過對機組110V直流母線所帶負荷進行逐一排查，發(fā)現(xiàn)空壓機就地控制柜內(nèi)一支繼電器接線端子螺絲松動，端子引線與相鄰端子有搭接現(xiàn)象，此繼電器作用為高壓開關(guān)分閘后可繼續(xù)保持冷卻風(fēng)扇運行，其接點分別接引了交流（冷卻風(fēng)扇控制）和直流（高壓開關(guān)合分閘）回路，交直流接線端子緊鄰。

2.2 ?原因分析

空壓機就地控制回路內(nèi)有一支交、直流共用輸出接點的繼電器3K3，其一對常開接點及常閉接點為直流回路，分別用于高壓開關(guān)合、分閘，另一個常閉接點為交流回路，用于高壓開關(guān)分閘失敗時保持冷卻風(fēng)機繼續(xù)運行。如圖1所示：

因此繼電器交流端子接引不牢固，且空壓機運行時本體振動較大，導(dǎo)致引線螺絲松動脫離，搭接在相鄰開關(guān)分閘直流回路接線端子上，使交流回路與直流回路瞬間接通，直流系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)180V交流電壓，由于發(fā)電機出口跳閘回路電纜較長，對地分布電容較大，串入的交流電經(jīng)蓄電池、跳閘線圈、分布電容構(gòu)成回路，導(dǎo)致發(fā)變組出口開關(guān)跳閘線圈勵磁動作，發(fā)變組出口開關(guān)跳閘。如圖2所示。

當(dāng)交流電從直流正極串入時，交流電源UAC、蓄電池、跳閘線圈TQ、對地分布電容C形成一個閉環(huán)回路，電容C會通過TQ放電，形成放電電流Ic1。

通過電容電阻串聯(lián)公式：可知，電容C與電流I成正比，當(dāng)分布電容較大時，放電電流Ic1也較大。

同時直流蓄電池還會經(jīng)過TQ向C充電，從而形成了充電電流Ic2，當(dāng)UAC處于正半波時，兩個電流形成了疊加。就可能滿足TQ的動作條件，以致TQ誤動。如圖3所示。

2.3 ?整改措施

為了避免交流再次串入直流系統(tǒng)，故取消3K3繼電器風(fēng)機自啟動用常閉接點。安裝冷卻風(fēng)機啟動/停止轉(zhuǎn)換把手SQ，接至交流電源L與冷卻風(fēng)機啟動接觸器線圈之間。用于在正常停止空壓機或急停空壓機后，高壓開關(guān)分閘失敗時，手動啟動冷卻風(fēng)機。

對高壓開關(guān)合、分閘繼電器3K3進行換型，由小型繼電器更換為接觸器，交流線圈與直流接點接線端子距離更遠，且內(nèi)部接點與接點間、線圈與接點間均有絕緣隔板，確保了交流與直流間的可靠隔離。

3 ?交流串入直流系統(tǒng)的防范措施

3.1 ?優(yōu)化回路設(shè)計

避免交流串入直流回路最主要的措施，就是合理的回路設(shè)計，應(yīng)取消交直流共用一支繼電器的回路，或增加交流轉(zhuǎn)換直流電源模塊及中間繼電器來實現(xiàn)回路上的隔離。為了能防止直流回路對地電容的充放電電流，可以在跳閘回路里裝設(shè)較大功率的出口繼電器，使光耦動作門檻提升，不易發(fā)生誤動。

3.2 ?做好物理隔離

盡量防止直流接地或交直流混聯(lián)，確保交、直流電源開關(guān)和接線端子分開布置，做到可靠隔離，顏色區(qū)分明顯，禁止交、直流共用一根電纜。保護屏內(nèi)交流照明回路取消、打印機交流電源設(shè)置在盤柜底部，用專用的電源插銷及插座連接，不得接入端子排。對無法通過改造將交、直流回路完全隔離的繼電器端子，采取澆筑絕緣硅膠的方法，進行絕緣隔離。

3.3 ?提高技能水平

加強電氣回路原理及圖紙的學(xué)習(xí)，提高現(xiàn)場電氣專業(yè)人員的技術(shù)能力和責(zé)任心。保護定檢、二次回路檢修及改造后，要對照圖紙進行全面核查，避免錯誤接線或存在寄生回路，同時測量交直流回路間的絕緣電阻，確保絕緣阻值達到標(biāo)準要求。在合上交流或直流電源前，測量負荷側(cè)是否有直流或交流電位。

3.4 ?加強技術(shù)管理

加強圖紙管理，建立標(biāo)準圖庫，并在就地控制箱內(nèi)放置新圖紙，便于現(xiàn)場的檢修及消缺工作。回路變動后及時修改圖紙，并確保繪制的準確性，認真開展二次回路工作保證安全的組織和技術(shù)措施，做好安措票和危險點的分析。

3.5 ?規(guī)范日常檢查

每日檢查絕緣監(jiān)測裝置，發(fā)現(xiàn)有絕緣降低等異常情況，及時查明原因并處理。雨季前全面檢查室外端子箱、機構(gòu)箱封堵情況，避免漏水導(dǎo)致端子排絕緣下降，發(fā)生交流串入直流情況。

4 ?結(jié)語

在發(fā)電廠，發(fā)變組出口開關(guān)的跳閘回路電纜一般都很長，對地分布電容會比較大，交流串入直流系統(tǒng)后極易驅(qū)動跳閘線圈，造成開關(guān)誤跳閘。為了能減少誤動的可能，就需要從多方面考慮。優(yōu)化回路，取消公共繼電器，增加電源模塊及中間繼電器，增大繼電器動作功率，做好物理隔離，交直流分電纜布置、取消不必要的交流回路，增加隔離端子排。提高人員自身專業(yè)技術(shù)，加強對直流、交流系統(tǒng)的圖紙管理，規(guī)范日常檢查，掌握設(shè)備運行狀態(tài)等。只有多方面的防范措施得以落實，才能將交流串入直流系統(tǒng)的可能性降到最低，以確保機組的安全穩(wěn)定運行。

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