防止因电缆分布电容影响造成出口继电器误动的案例分析

杜宁宁 于爱民

摘 要：本文对长电缆分布电容造成出口继电器误动的机组停运案例进行分析。深入分析了长电缆回路分布电容影响的故障原理；提出此类案例的的有效防范措施；避免类似问题重复发生，具有借鉴意义。

关键词：电缆分布电容；出口继电器功率；误动

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）18-0193-02

1 引言

某电厂装机容量为2×660MW，两台机组均为发电机-变压器组单元接线方式，通过双回500kV线路接入电网，电厂500kV升压站电气接线为3/2接线（电气一次系统图如图1所示）。

事件发生前，多塔Ⅰ回线正常运行，多5011开关、多5012开关、多5013开关、多5021开关在合闸位置。1号机经多5012开关、2号机经多5021开关和多5011开关共同由多塔I回线对外送电。01号启备变热备用，多5071开关在合闸位置；多塔Ⅱ回线检修，多5022开关、多5023开关在检修。1号主变非电量保护出口接点接入多5012、多5013开关操作箱三相跳闸回路；2号主变非电量保护出口接点接入多5021、多5022开关操作箱三相跳闸回路；01号启备变非电量保护出口接点接入多5071开关操作箱三相跳闸回路。开关的SF6密度继电器与1、2号主变，01号启备变非电量启动开关跳闸回路的直流电源均取自网控室直流I段母线。

10月14日上午，电厂工作人员拆除多5023开关三相SF6密度继电器后，6根信号线用绝缘胶布包扎后悬空放置。14日中午至15日凌晨，当地连续降雨受潮，且信号线未固定。15日上午风力偏大，信号线摇摆，造成网控直流I母线间歇性瞬时接地；500kV升压站多5012、多5013、多5021、多5071开关同时跳闸。 01号启备变保护、多5012、多5013、多5021开关保护、多塔I回线线路保护、母差保护均无报警信号和保护动作记录。跳闸的4台开关操作箱FCX-22HP上跳位A、跳位B、跳位C；两组跳圈跳A、跳B、跳C灯亮。

检查分析整个事件，跳闸的4台开关操作箱位于升压站网控室，电缆敷设直线距离约300m，电缆对地电容较大。测量停运的多5022开关操作箱非电量保护启动跳闸的中间继电器动作电压为直流70V，动作功率为0.5W，不满足继电保护反措要求。新乡公司升压站多5012、多5013、多5021、多5071断路器操作箱与多5022断路器操作箱为同一批次产品，出口中间继电器的动作功率均不满足要求。發生网控直流I母线间歇性接地故障时，长电缆的对地电容经中间继电器放电，因直接启动的中间继电器动作功率较小，被启动，动作于开关的两组跳闸线圈，多5012、多5013、多5021、多5071开关同时跳闸。

总之，SF6密度继电器直流信号线带电拆除后，裸露线头未包扎好导致接地是造成开关跳闸的直接原因；多5012、多5013、多5021、多5071开关出口继电器动作功率偏小是造成开关跳闸的重要原因；1、2号主变和01号启备变非电量保护跳闸回路电缆过长也是造成开关跳闸的原因之一。电厂改造了升压站内所有500kV开关操作箱，使其出口继电器启动功率满足继电保护反措要求。以后未再发生同类型不安全事件。

2 原因分析

电缆线路的电容C与电缆的长度成正比，长距离电缆线路有较大的对地分布电容。在发生直流系统接地或误将交流串入直流系统时，就会通过控制电缆的分布电容构成回路，产生电容电流，引起一些动作值较低的灵敏继电器发生误动作。误动作取决于3个因素，即电缆对地分布电容值的大小、继电器的动作值大小及外界干扰因素。为避免此类事件的重复发生，首先分析经长电缆跳闸的二次回路受干扰动作原理如图2所示。

图中出口继电器CKJ接点两端线缆的分布电容过大时，在干扰源的作用下，将通过分布电容C、跳闸继电器TJ线圈形成通路，导致TJ误动作。根据文献和以往案例，电缆线芯间电容量超过30nF，就有可能因为干扰引起控制回路异常。应利用机组停机机会测量经长电缆跳闸回路电缆线芯的分布电容，若电缆线芯间电容量超过30nF，应引起足够重视，必要时应采取有效措施，防止继电器误动作。《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（2014年版）条文18.7.8规定：对经长电缆跳闸的回路，应采取防止电缆分布电容影响和防止出口继电器误动的措施。现代保护装置中通常对外部侵入的干扰有一定的防护措施，而对于出口继电器，则通常采用加大继电器动作功率或延长动作时间的方法抵御外部干扰。

3 防范措施

提高抗干扰能力的措施包括两类：提高继电器的抗干扰能力和减少、控制干扰。

3.1 提高继电器的抗干扰能力

3.1.1 电压型继电器

对于电压型出口继电器通常采用加大继电器动作功率或延长动作时间的方法抵御外部干扰。发变组保护中非电量保护，以及经长电缆跳闸的重动继电器大都属于此类。国网十八项反措要求“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5W。”“光耦开入的动作电压应控制在额定直流电源电压的55%-70%范围以内。”应尽可能选用动作电压较高动作迅速的中间继电器，既能保证安全性，又能保证灵敏度。

近几年投入运行的保护装置通常都能满足上述要求，但早期的保护装置此类继电器动作功率大都不满足要求。应利用机组停机机会对发变组保护、励磁调节器的远方保护动作启动跳闸回路（如发变组中重瓦斯保护、励磁调节器中发变组保护动作启动逆变灭磁等）、远方手动分、合闸回路逐一排查，如回路中存在此类继电器，应校验其动作电压及动作功率是否满足要求，对不满足要求的进行整改。

3.1.2 电流型继电器

第二个案例中TBJ即属于此类继电器，该继电器默认启动电流值0.2A，抗干扰能力较差，当外部较大干扰通过电缆分布电容使TBJ继电器所在回路电流大于其启动电流时，继电器动作。对于断路器操作箱防跳继电器TBJ的电流启动线圈动作电流通常控制在30%-50%断路器额定分闸电流，为提高该继电器的抗干扰能力，推荐启动电流不低于35%。若不满足要求，可以通过在回路中并接电阻，增大整个回路的启动电流，提高TBJ的抗干扰能力。

3.2 控制、减少干扰源

现场干扰种类繁多，常见的干扰有直流系统接地、交流窜入直流、大电流接地系统接地故障、高压开关分合闸、电焊机近距离干扰等。应结合现场实际，从多方面入手尽量控制、减少干扰源的影响。

第一，应做好直流系统的检修维护，减少或避免直流系统接地、直流系统窜入交流信号等设备异常。近年来，由于直流接地、交流窜入直流回路而造成误动的事故屡见不鲜，特别是经长电缆直接驱动的出口继电器，更容易误动。当出现直流一点接地时，应及时排查消除。

第二，应根据开关场和一次设备安装的实际情况，敷设与厂、站主接地网紧密连接的等电位接地网，并根据二十五项反措的具体要求，做好等电位接地网的实施、检查维护，以有效防止空间磁场对二次电缆的干扰。

第三，保护装置之间、保护装置至开关场就地端子箱之间联系电缆屏蔽层应双端接地，且电缆屏蔽层应可靠连接到等电位接地网的铜排上。

第四，施工时应合理规划二次电缆敷设路径，强、弱电电缆应隔离；路径应尽量避开高压母线、避雷针接地点等的强磁场干扰；要避免同一根二次电缆同时混有交、直流回路。优化二次回路接线设计，交、直流端子排应有空端子进行隔离；双套保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应，尽量减少电缆并接，以减小二次电缆的分布电容，提高回路的抗干扰能力。