直跳继电器功率低造成机组跳闸事故分析

颜卫星

（华能嘉祥发电有限公司，山东 济宁 272400）

直跳继电器功率低造成机组跳闸事故分析

颜卫星

（华能嘉祥发电有限公司，山东 济宁 272400）

由于分布电容的影响，在直流发生1点接地时，电容放电电流驱动出口继电器，若发电厂继电保护柜出口继电器功率低，则可能造成保护误动。从理论上分析了分布电容对保护回路的影响，确定了在1点接地的情况下出口继电器误动的原因，并提出了反事故措施和整改措施，消除了设备运行的安全隐患。

继电保护；出口继电器；动作功率；分布电容

0　设备概况

某电厂2×300 MW机组采用发电机变压器组单元接线，发电机经主变升压至500 kV接入系统，高压厂变和励磁变由发电机与主变低压侧之间引接。发变组保护采用DGT-801B型数字式发变组保护柜，设A，B，C 3个柜，主保护采用A，B柜相同原理的双重化配置，C柜为非电量保护及励磁变保护。非电量保护设置有独立的电源回路，包括直流小空开及其直流电源监视回路。其出口跳闸回路完全独立，2套完整的电气量和非电量保护的跳闸回路分别同时动作于断路器的2个跳闸线圈。

1　事故概述

2013-05-19，该电厂1号发电机组正常运行，有功282 MW，无功33 Mvar。14：55，1号发变组出口开关和灭磁开关跳闸，厂用电切至备用电源供电，锅炉MFT（主燃料跳闸）；汽机ETS（汽轮机跳闸保护系统）首出原因为“发电机跳闸”，电气DCS盘“热工保护”、“直流故障”光字牌发信；1号机直流配电室绝缘监察装置“1号机发变组保护C柜电源-144Q支路绝缘低”报警，测量直流母线负极对地绝缘为0。

机组发生跳闸后，事故发展情况如下：

15：17，1号机组直流负极接地信号消失；

16：26，1号机组冲转与系统重新并列、并串；

17：15，1号机组厂用电切至1号机供电，机组恢复正常方式。

2　事故分析

2.1信号分析

直流系统负极接地时机组跳闸，保护柜无保护动作信号，却有跳闸出口记录。机组大联锁显示首出原因为发电机跳闸。发变组保护A，B，C柜中只有C柜发出“热工保护”动作信号，但“热工保护”是汽轮机主汽门关闭后，主汽门关闭信号发至汽机ETS遮断，由ETS遮断启动发变组保护C柜“热工保护”，因此初始动作的保护无任何信号发出。

调阅故障录波器发现，发变组出口开关5012、开关5013、厂用电快切、关闭主汽门等保护信号同时出口。

2.2原因分析

事故资料显示，发变组保护有出口，并且是电气保护先动作。但无法确定是何种保护动作和动作的原因，所以初步分析存在保护误动的可能。因直跳出口只有保护C柜有，所以其出口继电器是首要怀疑对象。考虑当时直流系统发生负极接地，而直流接地可能造成出口继电器误动作，所以直跳出口继电器因直流接地造成保护误动的可能性很大。

在随后的停机检修中，测量1号发变组保护C柜的出口继电器动作功率为1.08 W，远低于《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中“所有涉及直接跳闸的重要回路应采用动作电压在额定直流电源电压的55 %-70 %范围以内的中间继电器，并要求其动作功率不低于5 W”的要求。

经综合分析确定，事故的原因是直流发生1点接地后，出口继电器功率偏小导致保护出口误动作。

2.2.1非电量直跳保护逻辑

对于数字式保护装置，非电量保护通常也称开入量保护或开关量保护。该类保护主要有：变压器瓦斯保护、压力保护、温度保护、冷却器全停保护及发电机断水保护等。非电量保护构成原理分2种：一种是直接驱动开关量直跳继电器出口，简称直跳非电量保护，如重瓦斯、压力释放等；另一种是由保护CPU判别非电量接点的状态，再经其他判据判别或软件延时后由保护CPU去驱动出口继电器出口，简称软件跳非电量保护，如冷却器全停、断水保护等。

直跳非电量保护逻辑如图1所示。非电量K 1驱动中间转换继电器ZK 1，ZK 1接点ZK 1-A启动开关量保护直跳继电器，按动作要求去出口。ZK 1接点ZK 1-B由保护CPU读入及进行事件记录、信号出口及通讯上传等。

图1　直跳非电量保护逻辑

2.2.2直流系统对地电容的构成

直流系统对地电容来自以下3个方面：

（1） 电缆对地的分布电容，特别是长距离电缆电容效应比较大；

（2） 众多电源设备回路的对地电容汇集到直流系统中，造成直流系统很大的对地电容，所以有的直流系统中存在大于500 μF的对地电容；

（3） 目前厂、站用的通迅电源常为48 V直流电源，利用直流系统中的电源，以DC/DC变换器输出，直流电源变换器采用了高频技术变换原理，在其谐振回路中有对地电容。

2.2.3直流系统一点接地造成保护误动分析

直流母线负极接地信号可能由以下2种接地故障报出。

（1） 出口中间继电器正电源侧接地误动，如图2所示。

图2　出口中间继电器正电源侧接地误动示意

其中R1，R2为绝缘监测仪内部采样电阻，阻值都大于30 kΩ，不同厂家的微机绝缘监测装置内部采样电阻值在40-300 kΩ之间，且一般电阻R1和R2的阻值相同。R+和R-分别为直流系统正对地和负对地绝缘电阻，由各个直流回路对地绝缘电阻并联而成，而且电阻值受天气影响而变化，并与直流系统中所有设备清洁及电气绝缘有关。当设备积灰比较严重时，环境湿度变化会引起电阻值的大幅度变化，引起直流接地报警。回路中元器件绝缘损坏也会造成直流接地。图2中C+和C-分别为直流系统正对地和负对地等效电容，当在A点接地时，C+经继电器充电，C-对继电器放电（忽略R1，R2的影响）。这时若流过ZK 1的充放电流和达到一定值，且ZK 1动作功率偏小，就有可能误动。ZK 1动作后，ZK 1-A接点闭合，由于ZK 1-A接点直连开关量直跳继电器，导致开关量直跳继电器动作机组跳闸。又因为电容电流衰减很快，ZK 1-B接点虽也闭合，但时间很短，ZK 1继电器立刻返回，ZK 1-B接点断开，跳闸信号未来得及发出。

（2） 直流母线负极接地误动，如图3所示。

图3 直流母线负极接地误动示意

图3中C为ZK 1连接电缆对地电容，当在B点接地时，若C过大（ZK 1所连接的电缆很长），就会形成环流。C充电电荷对ZK 1放电，达到一定值时，若ZK 1动作功率偏小，也可能动作，引发跳机事故。

3　改进措施

（1） 确保全厂保护装置的出口继电器规格、参数都符合反事故措施的要求。所有涉及直接跳闸的重要回路，均应采用动作电压在额定直流电源电压的55 %-70 %范围以内的中间继电器，并要求其动作功率不低于5 W。

（2） 采用抗干扰继电器以提高可靠性。

（3） 采用在继电器两端并联电阻的方式增大启动功率。

（4） 对于应用长电缆传输跳闸信号的，可以考虑更换为光纤通道来传输。

（5） 在保护装置内，直跳回路开入量应设置必要的延时防抖回路，防止由于开入量的短暂干扰造成保护装置误动出口。

4　结束语

通过上述分析，明确了故障原因，并制订了整改措施。在检修期间，对全厂保护装置的出口继电器进行全面检查，更换了动作功率不符合要求的出口继电器；直跳回路开入量设置了延时防抖回路，从而消除了设备误动隐患，保证了出口继电器的动作安全、可靠，提高了继电保护装置运行的可靠性，也保证了电厂安全稳定运行。

1 国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施［M］.北京：中国电力出版社，2012.

2 张次衡.直流系统接地故障检测装置电容影响问题的探讨［J］.电力自动化设备，1996，16（1）：48-50.

3 唐文秀.直流回路一点接地和交直流串扰引起保护误动及其对策［J］.电力自动化设备，2007，27（9）：123-125.

2015-09-28；

2016-04-12。

颜卫星（1970-），男，助理工程师，主要从事集控运行工作，email：1748044726@qq.com。