摘自：電工電氣 2018第4期

停送交直流電源對繼電保護設(shè)備設(shè)計的影響分析

楊奇：京能集團山西漳山發(fā)電有限責任公司

停送交直流電源對繼電保護設(shè)備設(shè)計的影響分析

?摘 要：基于斷開直流分屏電源導(dǎo)致開關(guān)誤分合及電壓互感器二次空開送電導(dǎo)致低電壓保護誤動的兩起事故案例，分析了含有電容、電感等儲能元器件回路的電壓變化過程。提出了電源監(jiān)視繼電器、中間繼電器、分合閘線圈設(shè)計選型，并給出了保護動作邏輯判據(jù)在電壓變化過程中的注意事項，為避免類似事故的發(fā)生提供了參考。

1引言

2016年12月25日13時許，某火電廠停運#1機組110V直流I段母線進行交流串入檢測改造，在將脫硫段直流分屏電源由直流I段母線切至II段母線時，脫硫動力中心(以下簡稱PC)段聯(lián)絡(luò)刀閘跳閘，脫硫保安電動機控制中心(以下簡稱MCC)段備用進線開關(guān)合閘。脫硫PC段、MCC段及直流電源接線關(guān)系如圖1：脫硫PCA段與PCB段經(jīng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)及聯(lián)絡(luò)刀閘相連，PCA段、B段由聯(lián)絡(luò)開關(guān)實現(xiàn)備自投。脫硫保安MCC工作進線電源取自脫硫PCA段，備用進線電源取自柴油發(fā)電機出口，工作進線開關(guān)、備用進線開關(guān)互為備自投。PC段聯(lián)絡(luò)開關(guān)、聯(lián)絡(luò)刀閘，MCC段工作進線、備用進線采用施耐德框架式斷路器；控制電源均取自脫硫段110V直流分屏；直流分屏兩路電源分別取自機組110V直流I段、II段母線。

2案例介紹

故障發(fā)生時#1機組停機，脫硫PCA段、B段分段運行，聯(lián)絡(luò)刀閘處于合位，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于分位；脫硫保安MCC工作進線開關(guān)合閘，備用進線開關(guān)分閘，柴油發(fā)電機熱備用。直流分屏單刀雙擲進線刀閘由電源一切換至電源二，斷開電源一的瞬間脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘誤分閘，脫硫PCA、PCB段備自投退出；脫硫保安MCC段備用進線開關(guān)誤合閘，所幸柴油發(fā)電機停運，未造成MCC段兩路進線電源非同期合閘。

3案例分析

因未操作開關(guān)就地分合閘按鈕，推斷為分布式控制系統(tǒng)(以下簡稱DCS)發(fā)遠方指令分合開關(guān)，隨即對上述開關(guān)二次回路及DCS開關(guān)控制邏輯進行了全面檢查。

3.1DCS邏輯檢查

1)檢查脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘分閘邏輯為：收到開關(guān)分閘反饋后自動發(fā)分閘指令，斷開直流分屏電源一瞬間聯(lián)絡(luò)刀閘分閘反饋由0變?yōu)?，所以DCS下發(fā)分閘指令。

2)檢查脫硫保安MCC備用進線開關(guān)合閘邏輯如圖2：斷開直流分屏電源一瞬間，保安MCC備自投投入為1，備用進線開關(guān)故障未發(fā)為0，工作進線開關(guān)分閘反饋0變?yōu)?，直流電源消失信號未發(fā)為0，滿足動作邏輯，DCS發(fā)備用進線開關(guān)合閘指令。

3.2開關(guān)柜二次回路檢查

1)檢查脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘至DCS分閘反饋采用開關(guān)本體輔助接點擴展繼電器的常閉接點，斷開直流電源瞬間擴展繼電器電源消失，常閉接點閉合，DCS收到分閘反饋。

2)檢查脫硫保安MCC備用進線開關(guān)至DCS分閘反饋同樣采用擴展繼電器的常閉接點，直流電源消失瞬間DCS收到分閘反饋。備用進線開關(guān)電源監(jiān)視繼電器設(shè)置0.2s延時，直流電源消失瞬間電源監(jiān)視繼電器至DCS信號仍然為0。

3.3直流電源電壓變化檢查

脫硫PC聯(lián)絡(luò)刀閘跳閘，脫硫保安MCC備用進線開關(guān)合閘均需要直流控制電源，但上述開關(guān)是在直流電源消失后動作的，因此推斷直流電纜的電容、設(shè)備內(nèi)電容電感等元器件存在儲能效應(yīng)。斷開直流分屏進線刀閘時使用示波器觀測直電壓的瞬間變化過程，發(fā)現(xiàn)117V的直流電壓沒有立即消失，而是出現(xiàn)反向電壓衰減曲線，整個直流控制回路呈現(xiàn)電阻電感電路的零輸入響應(yīng)特性，電壓衰減時間約80ms，最大反向電壓約90V。如圖3。

4開關(guān)動作特性分析

4.1繼電器、分合閘線圈動作電壓測試

1)脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘、保安MCC進線開關(guān)采用JZC1-44型擴展繼電器，線圈型號為CJX-9z 22z，工作電壓DC110V，測試器動作電壓60.0V、返回電壓32.0V，線圈加反向電壓不動作。

2)電源監(jiān)視繼電器型號為RZF1-004D，可設(shè)延時0.02~3s，工作電壓DC110V。測試動作電壓71.8V，返回電壓60.4V，線圈加反向電壓不動作。

3)脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘采用MVS32H框架式斷路器，脫扣線圈型號為XF，工作電壓AC/DC 100-130V，最小動作電壓20.7V，動作電流約0.50A，線圈加反向電壓動作。

4)脫硫保安MCC備用進線開關(guān)采用MVS06N框架式斷路器，合閘線圈型號為MX-XF/SHT-SHC，工作電壓AC/DC 100-130V，最小動作電壓56.6V，動作電流約0.45A，線圈加反向電壓動作。

4.2開關(guān)動作行為分析

結(jié)合上述DCS邏輯、開關(guān)二次回路、繼電器及分合閘線圈動作特性的測試，在斷開直流電源，電壓瞬間反向時，分析各元器件動作行為如下：

1)擴展繼電器線圈電壓瞬間降為負值，脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘與保安MCC備用進線開關(guān)擴展繼電器失電，發(fā)分閘反饋信號至DCS。

2)電源監(jiān)視繼電器線圈電壓瞬間降為負值，但延時0.2s發(fā)電源消失信號。

3)分合閘線圈加正向或反向電壓均能動作，最大反向電壓值約90V，大于分合閘線圈動作電壓。在反向電壓衰減約25ms時有一快速下降過程，約由35V變化至20V，推斷為脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘的分閘線圈動作導(dǎo)致電壓快速下降。

5直流電壓變化與元器件選型關(guān)系分析

5.1 電源變化過程分析

在直流電源送電時同樣也應(yīng)根據(jù)電阻電感、電阻電容電路特性分析回路零輸入、零狀態(tài)響應(yīng)下的電壓電流變化曲線。

4.2電源監(jiān)視繼電器分析

按照繼電保護裝置80%電壓下能可靠動作的要求^[1]，直流電源監(jiān)視應(yīng)采用線圈區(qū)分正負極、快速動作的繼電器，宜在電壓降至80%時可靠返回。如本文案例中電阻電感回路電壓反向時，電源監(jiān)視繼電器應(yīng)瞬間發(fā)直流失電信號。若回路為電阻電容特性，則在100%額定電壓降至80%額定電壓過程中裝置可以工作，不發(fā)直流失電信號；電壓降至80%額定電壓以下后，裝置無法工作同時發(fā)直流失電信號。

對于交流電源監(jiān)視繼電器應(yīng)以交流電源設(shè)備能否正常工作為準考慮返回電壓設(shè)定值，即在設(shè)備失電無法工作瞬間及時發(fā)出失電信號。

4.3中間繼電器分析

中間繼電器可用于擴展接點數(shù)量、容量，電壓轉(zhuǎn)換等功能，動作值、返回值的選取應(yīng)同時考慮避免電壓波動導(dǎo)致的誤動和正確反映電壓變化的要求。按照保持中間繼電器^[2]以及普通中間繼電器^[3]標準的要求，直流電壓繼電器的動作值為30%~70%額定電壓，結(jié)合反措中要求大功率繼電器、光耦回路動作電壓的為55%～70%額定電壓，取中間繼電器動作電壓為55%～70%額定電壓，返回電壓為30%額定電壓。為防止類似于本文案例中電阻電感回路中電壓反向?qū)е轮虚g繼電器誤動，直流中間繼電器的線圈應(yīng)區(qū)分正負極。

對于交流控制的中間繼電器或接觸器動作電壓可參照普通中間繼電器^[3]標準要求的80%額定電壓，返回電壓應(yīng)低于系統(tǒng)近端短路或廠用電短路導(dǎo)致的廠用電最低電壓。

擴展繼電器存在控制電源消失不能正確反映開關(guān)實際狀態(tài)的問題，因此參與邏輯調(diào)節(jié)的信號盡可能取開關(guān)本體輔助接點以防止控制電源變化造成設(shè)備誤動，生產(chǎn)現(xiàn)場曾多次發(fā)生此類事故^[4]。

4.4合分閘線圈分析

現(xiàn)場回路可能為感性，也可能為容性，在系統(tǒng)運行方式改變、控制電源異常運行時，為保證開關(guān)可靠分合閘，分合閘線圈不應(yīng)分正負極，如本文案例中電壓反向后開關(guān)仍能動作。參考電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程^[5]分、合閘電磁鐵或合閘接觸器端子上的最低動作電壓應(yīng)在操作電壓額定值的30%～65%之間,低于30%時應(yīng)不跳閘。

4.5模擬量動作判據(jù)分析

交流電壓采集回路接通或斷開瞬間同樣應(yīng)考慮電壓的變化過程對繼電保護設(shè)備、模擬量判據(jù)產(chǎn)生的影響。否則如文獻^[6]中因未考慮電壓互感器二次空開送電瞬間電壓上升過程，在電壓介于8V至60V之間時，電壓互感器二次回路斷線消失判據(jù)與低電壓判據(jù)同時滿足而導(dǎo)致“低電壓保護”誤動作。因電容回路電壓不能突變，利用MATLAB仿真軟件測試容性回路在正弦波電壓送電瞬間波形如下，圖5為初相角90°時合閘瞬時值與有效值，圖6為初相角0°時合閘瞬時值與有效值。正弦波電壓合閘瞬間變化過程與合閘初相角有關(guān)，初相角90°合閘，前20ms有效值逐步上升，隨即達到穩(wěn)定狀態(tài)；初相角0°合閘，合閘瞬間電壓波形偏向中心軸一側(cè)，有效值前20ms逐步上升，然后衰減至穩(wěn)定值，最大電壓有效值可達2倍穩(wěn)定值。

微機保護裝置采集模擬量為有效值，實際運行中無法控制合閘初相角，合閘送電時除考慮前20ms電壓上升過程，還應(yīng)考慮容性回路初相角0°合閘時采樣值瞬時過大對保護邏輯判據(jù)的影響。

6結(jié)論

電源監(jiān)視繼電器、擴展繼電器設(shè)計選型不當，以及直流電源斷開瞬間反向電壓變化的過程共同導(dǎo)致了本次事故的發(fā)生。在設(shè)備二次回路中存在電容、電感等儲能元器件，因此在合上、斷開交直流控制電源或交流模擬量時，應(yīng)按照電路特性分析電壓的暫態(tài)變化過程，進而研究繼電保護設(shè)備、邏輯判據(jù)在電壓變化過程中的動作特性，防止出現(xiàn)保護不正確動作。

⊙現(xiàn)場 | PT斷線判據(jù)/低電壓判據(jù)動作時間，返回時間不同步至保護誤動分析 ?? (PT空開跳閘，送電恢復(fù)瞬時)?

⊙課程回顧 | 停送電瞬時過程對保護設(shè)備影響分析 ?

⊙課件 | 停送電瞬時過程對保護設(shè)備影響分析 ??

⊙資料 | 智能化斷路器簡介

⊙資料 | 保護裝置三相不一致 和 斷路器本體三相不一致保護實例分析

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电容过大导致电压下降_现场| 典型的断直流电源导致开关误分合案例分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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