音响信号电源跳闸故障分析

季 峰，江冬冬，周二保

(大唐陈村水力发电厂，安徽 宣城 242500)

音响信号电源跳闸故障分析

季 峰，江冬冬，周二保

(大唐陈村水力发电厂，安徽 宣城 242500)

针对大唐陈村水力发电厂发生的一起音响信号系统直流电源空气开关跳闸的故障，分析了信号光字牌回路接线原理和单只光字牌接线原理，对分支路的故障进行了查找和原因分析，并提出了相应的预防措施，以保证音响信号系统的安全运行。

音响信号；光字牌；空气开关；故障分析

0 引言

大唐陈村水力发电厂位于皖南山区青弋江上游，全厂总装机容量214 MW，在安徽省电网中主要承担顶峰发电和事故备用任务。

全厂采用水电厂传统直流220 V音响信号系统。系统由事故信号和预告信号组成，采用JCJ-1A1D/3冲击继电器；保留中央控制室控制返回屏光字牌。当发生故障或事故时，相应支路光字牌点亮，并分别启动预告或事故冲击继电器，发出预告或事故音响信号，便于运行人员监视声光报警信号。

音响信号电源作为水电厂的重要二次回路，在其空气开关跳闸的情况下，一旦有故障发生，将不能发出信号。公用系统信号电源是全厂音响信号系统中的一条支路，该电源经空气开关6DK共接有上位机、空压机、直流系统、消防泵、上游工作闸门启闭机、深井泵、主厂房钢管层水位信号、副厂房钢管层水位信号8条报警分支路，各分支路未再装设空气开关或熔断器。当某一条分支路发生短路故障时，公用系统信号电源空气开关6DK也会发生跳闸。

1 故障经过

2014年10月某日，运行值班人员监盘发现空压机启动时，返回屏“空压机运行”对应光字牌未点亮(正常情况下该光字牌均会点亮);手动启动光字牌试验，光字牌全点亮。现场检查空压机运行报警继电器动作，空压机启动信号接点正常，故初步判断是由音响信号回路故障或音响信号系统中元件故障引起的。

在逐级检查各级空气开关时，发现返回屏后公用系统信号电源空气开关6DK在分闸位;因不能确定6DK分闸的原因，暂将6DK投入运行并加强监视。在之后的观察中，发现在空压机启动过程中，光字牌未亮的情况下，信号电源空气开关6DK有时跳闸、有时未跳闸。全厂公用系统信号电源空气开关自返回屏于2006年10月份改造后，至今未发生过跳闸；该支路电源负载有8条分支路，任意一分支路故障，支路空气开关6DK都会跳闸，给故障排查带来了一定困难。

2 信号光字牌接线原理

2.1 信号光字牌回路接线原理

信号光字牌回路接线原理如图1所示。从图1中可以看出：任意一分支路报警信号接点闭合，即点亮相应报警光字牌，同时启动冲击继电器2XMJ，通过中间继电器3ZJ启动警铃报警。为确保音响信号系统完好，需运行人员每周定期切换SK开关进行音响、信号回路的试验。

2.2 单只光字牌接线原理

单只光字牌接线原理如图2所示，以905输入为例：

(1) 正常接通回路是905—D2—R—LED—R—D6—2YBM；

(2) 试验报警光字牌时接通回路是1YBM—D1—R—LED—R—D6—2YBM。

图1 信号光字牌回路接线原理

图2 单只光字牌接线原理

3 空气开关跳闸动作特性分析

公用系统信号电源支路空气开关额定电流选择为2 A，各类空气开关级差配置按参考文献[2]中进行。该厂直流断路器，即空气开关采用ABB公司产品，其各组试验平均数据统计如表1所示。

从试验数据可见，In=1 A，动作电流Id达到14倍In才能瞬时动作；In=3 A，动作电流Id达到10倍In才能瞬时动作。

现场支路空气开关In=2 A，Id需达到2 A的10—14倍才能瞬时动作跳闸；而实际上电子光字牌LED在正常运行中功耗极小，电流为毫安级，不可能导致空气开关运行中误跳闸。

4 分支路故障查找

检修人员在现场从多个方面进行检查，逐步排除可能的故障原因。

4.1 空气开关特性变化

当空气开关长时间运行后，特性变化可能造成误跳闸。为此，首先更换同类型的2 A空气开关，并用保护校验仪器对拆下的原空气开关进行测试，原空气开关在4 A时延时动作跳闸。由于更换后的新空气开关运行几天后仍发生跳闸现象，因此排除空气开关特性变化引起误跳闸的可能性。

4.2 二次回路绝缘不良

测量公用信号电源正、负极对地无电压，各支路对地绝缘500 V下均大于4 MΩ，测量各端子接线和-XM间阻值为无穷大，说明各回路绝缘正常，无短路及串电现象。

4.3 光字牌内部故障

在手动试验光字牌时，光字牌全部点亮。从图2可以看出，因为手动试验光字牌和实际运行的光字牌回路有所不同，这并不能证明光字牌内部无故障。为监视光字牌内部故障，采用加装保险的方法查找故障点，在6DK下端加装了8只分支路保险。经运行人员多次观察，发现了消防水泵分支路保险熔断，分析确定为消防水泵信号分支路“消防水泵启动”光字牌发生了内部故障。更换“消防水泵启动”光字牌后，公用系统信号电源空气开关6DK未再出现跳闸，8只分支路保险也未再熔断，至此故障得以彻底消除。

5 故障原因分析

此次公用系统信号电源支路空气开关跳闸原因为启动光字牌后其内部存在短路现象。对更换的光字牌解体后发现，图2中D5，D6整流二极管发生了反向击穿故障。单只整流二极管用万用表检测正常值为6.2 MΩ，击穿后为120 Ω，回路阻值严重降低，从而在工作电压直流220 V作用下导致光字牌内部发生直接短路故障。

表1 不同通入电流情况下直流断路器动作时间统计

因为在图2中即使D5，D6整流二极管反向击穿，也不影响试灯回路，光字牌依然会点亮，所以手动试验发现不了光字牌故障。

在返回屏投运后的8年时间里，共发现有13只光字牌发生损坏不亮的缺陷，而这次是唯一一次发生内部短路缺陷。该厂信号系统电压为直流220 V，可能是因为光字牌内部降压回路设计不当，导致了电子元件发生老化损坏故障。

6 预防措施

(1) 为避免发生公用系统信号电源空气开关跳闸，可在公用系统信号电源各分支路加装单极直流空气开关，按功能分路区分。由于直流空气开关上下级之间具有选择性的级差配合，宜选择1 A的单极直流空气开关，在各分支路发生故障时有选择性地跳开本分支路，而不至影响上一级空气开关的正常运行。

(2) 增加空气开关跳闸报警功能。直流信号电源系统状况的好坏直接关系到电厂的安全稳定运行，对重要负载空气开关加装跳闸报警功能，以方便运行人员及时发现跳闸故障。

(3) 结合实际，对故障率较高的光字牌进行调查分析。对二次回路进行改造，降低音响信号系统电压等级，例如采用24 V电压等级的音响信号系统，光字牌发热会明显降低，使用寿命也会延长。同时在光字牌选型上下功夫，选择质量可靠的光字牌，以满足音响信号系统的安全运行。

7 结束语

电厂音响信号系统中LED光字牌正常点亮时的通电电流为毫安级，当光字牌内部发生短路时，较大的短路电流会导致支路空气开关跳闸。此类音响信号电源空气开关跳闸故障不易判别且危害大，需通过故障现象进行分析判断，排除误区，最终消除故障点。

1  电力行业电力规划设计标准化技术委员会.DL/T 5044—  2004电力工程直流系统设计技术规定[S].北京：中国电  力出版社，2004.

2  彭向阳，陈献伟，潘  龙.变电站直流系统常用断路器  及熔断器动作特性分析[J].电力系统保护与控制， 2006，  34(23)：58-61.

2017-03-19。

季  峰(1983—)，男，助理工程师，主要从事水力发电厂运行管理工作，email：jeffrey5505@126.com。

江冬冬(1992—)，男，助理工程师，主要从事水力发电厂运行工作。

周二保(1963—)，男，高级工程师，主要从事水电厂电气一、二次设备新技术和应用等工作。