一起灭磁开关不明原因跳闸事件的分析

陈东君

（广东能源集团（云浮）蓄能发电有限公司，广东 新兴 527400）

0 前言

灭磁开关作为发电机转子磁场开关，起到接通和断开励磁电流的作用，若机组在正常带负荷运行过程中发生灭磁开关跳闸，则励磁电源消失，励磁消失保护会动作跳开机端出口开关，机组甩负荷，轻者造成电厂机组非计划停运事件，重者造成机组损坏等不可估量的事件。

直流电源系统作为稳定可靠的电源系统，通常被用于电厂开关的操作电源，若出现接地问题，可能会造成开关的误动或拒动，进而造成事故或扩大事故；作为电气二次各设备的工作电源还可能造成直流电源系统因带负荷不能正常工作等事件。

2019 年12 月某厂在1 号机组启动试验间歇时，出现倒厂用电过程中1 号机灭磁开关不明原因跳闸的现象。因此进行了故障分析和查找，并顺利找到故障是由于直流系统两点接地造成。本文对于此类开关不明原因跳闸现象及直流系统绝缘问题加以分析。

1 故障出现及解决

结合1 号机组检修，对励磁系统进行了整体更换改造，更换改造包括励磁调节器柜、励磁功率柜、灭磁开关柜等。新改造励磁系统为广州擎天实业有限公司EXC9100 静态励磁系统，配套灭磁开关为ABB 公司E2N/E MS 1 600 A/1 000 V 型号产品，该开关双跳闸线圈[1]。故障出现时已完成对励磁系统本体调试（包括灭磁开关特性试验）、励磁参数实测及建模和PSS 现场整定等涉网试验，试验均正常。

该厂使用直流系统电压为220 V，双充双蓄电池组配置，直流系统为珠海瓦特电力设备有限公司GZDW 智能型高频开关电力直流电源系统产品，在线绝缘监测装置为广州市仟顺电力设备有限公司QDA-300 型产品。故障出现时1 号蓄电池组正在更换改造，由直流系统Ⅱ段带直流系统Ⅰ、Ⅱ段运行。

该厂1 号机组为东方电机有限公司二十世纪七十年代产品，于2013 年进行了增容改造，由36 MW增容至42 MW，增容后发电机型号为SF42-40/7250，之后每年开展一次小修，该机组于2019 年7 月发生过因冷却水管漏水造成的转子一点接地故障，2019年9 月发生过定子相间短路故障，本故障发生前刚完成小修工作并开展了启动调负荷试验，试验正常。

1.1 故障出现

故障前1 号机组运行方式：1 号机组停机态，机端出口开关断开，灭磁开关合位。

故障前两段400 V 厂用电运行方式：400 V 母联开关合位，400V Ⅱ段厂用电带两段厂用电运行。

运行人员恢复400 V 厂用电分段运行方式，操作倒厂用电时，断开400 V 母联403 开关后，1 号机灭磁开关跳开，备自投正确动作合上400 V Ⅰ段厂用电401 开关，其他运行设备均正常。

1.2 故障查找及解决

为了更好地查找故障，尝试进行了故障重现。模拟故障前运行方式，将灭磁开关合闸，400V 母联开关合位，400 V Ⅱ段厂用电带两段厂用电运行。运行人员再次断开400 V 母联403 开关，1 号机灭磁开关再次跳开，随后备自投动作合上400 V Ⅰ段厂用电401 开关。直流系统Ⅱ段在线绝缘监测装置出现正母对地电压为1 V 的情况，后慢慢回到正常电压，直流系统Ⅱ段充电机柜上面的智能监视装置出现正母对地绝缘下降到1 kΩ 多又恢复到正常绝缘水平的故障信息。

为了全面分析开关跳闸的原因，考虑有开关本身问题、保护动作跳闸、手跳、计算机监控系统误开出跳闸、操作回路故障导致的跳闸等5 种常见可能，就该5 个可能分别排查。

（1）开关本身问题

该灭磁开关为新更换开关，考虑到该情况发生的概率较小，结合故障重现的情况，初步证明了此次开关不明原因跳闸不是开关本身问题造成的。

（2）保护动作跳闸

发电机保护为唯一具有跳灭磁开关回路的继电保护装置，检查发电机保护，保护装置无保护动作报文、无保护动作指示灯，计算机监控系统无保护动作告警信号报文，初步证明此次开关不明原因跳闸不是保护动作出口跳闸造成的。

（3）手跳

询问运行人员和现场的检修人员，无人手跳该灭磁开关，且故障重现也证明了此次开关不明原因跳闸不是手跳造成的。

（4）计算机监控系统误开出跳闸

检查1 号机计算机监控系统，在该时段无计算机监控系统开出信息报文，加上故障重现，证明此次开关不明原因跳闸不是计算机监控系统误开出跳闸造成的。

（5）操作回路故障导致的跳闸

根据故障重现的情况，在断开400 V 母联403开关时，除了1 号机灭磁开关跳闸之外，直流系统Ⅱ段呈现出正母短时接地的状态，分析可能在1 号机灭磁开关操作回路存在另一接地点，与403 开关断开后出现的直流系统正母接地的接地点形成回路，使1 号机灭磁开关操作回路上的电压分布发生变化，跳闸线圈两侧压差到达动作电压，进而造成1 号机灭磁开关误动。所以要找到操作回路中的该接地点，保持灭磁开关断开状态，分别从外部跳闸回路电缆、直流电源回路、励磁系统内部回路接线三方面来检查。

检查发电机保护跳1 号机灭磁开关电缆、计算机监控系统分合灭磁开关电缆，对地绝缘、线间绝缘，均为无穷大。

检查励磁系统直流电源回路绝缘，直流电源进线对地、线间绝缘均为无穷大。励磁系统柜内两路直流电源空开断开状态下，用万用表电阻档测量该两路直流电源空开下端，第一路正负极均为5~6 kΩ，第二路为无穷大。根据灭磁开关断开时绝缘仍然存在问题，直流系统正母接地时灭磁开关误动，推测出绝缘下降点在第一路跳闸回路灭磁开关辅助接点与跳闸线圈之间，操作回路如图1 所示。

图1 灭磁开关操作回路

检查回路接线，有引至AP12 板和AP60 板两路接线只有0.5~0.7 Ω。检查发现该处一接线错误，灭磁开关内部接线中套管号为“QFG13”的接线不应接在C11，应接在11，如图2 所示，接在C11 导致1号机灭磁开关操作电源负极接地，至此找到直流系统负极接地点。

图2 灭磁开关信号回路

分析直流系统正极接地点是否也在1 号机励磁系统，根据倒厂用电过程中，Ⅰ段厂用电会短时消失，考虑Ⅰ段厂用电消失会影响的励磁系统内部的负荷，只有励磁风机。将负极接地故障保持，断开励磁风机电源，未出现直流系统正极接地现象，灭磁开关也未跳开。

将接错的套管号为“QFG13”的接线接到正确位置，退出400 V 母联403 开关备自投，断开400 VⅠ段厂用电401 开关，使Ⅰ段厂用电消失，直流系统出现正极接地，将该供电方式持续1 min 左右，绝缘监测装置选出接地位置在直流母线，正母对地绝缘下降至10 kΩ 以下。合上400V Ⅰ段厂用电401 开关，使Ⅰ段厂用电恢复，直流系统正极接地消失，直流系统正负极对地绝缘、正负母电压恢复正常。由此已经可以明确该故障点应位于同时存在Ⅰ段厂用电和直流电源供电的负荷，对该类负荷逐一排查，在断开事故照明系统交流电源后（事故照明系统只接入Ⅰ段厂用电），事故照明系统开始工作，由直流系统供电，直流正极接地情况重现。逐一检查各路事故照明负荷后，最终找到正极接地点位于水轮机层事故照明回路，至此找到正极接地点。

2 开关不明原因跳闸分析

已知其他一次设备无故障情况下，开关不明原因的跳闸，除了上述故障查找时罗列的开关本身问题、保护动作跳闸、手跳、计算机监控系统误开出跳闸、操作回路故障导致的跳闸5 个常见可能性，还包括长电缆的分布电容、交流窜入直流等交流干扰的可能性。在查找原因的时候，部分原因很好排除，但有部分原因不好发现，需要对操作回路比较熟悉，才能根据故障现象准确定位故障点。

对于除灭磁开关外的其他开关操作回路中，一般会设有监视回路，通过TWJ 和HWJ 分别监视合闸回路和跳闸回路，操作回路断线、分合闸线圈故障、直流电源接地故障、回路窜电故障、回路闭锁等都能通过监视回路及时体现出来，其实可以考虑在灭磁开关操作回路增加监视回路。

3 直流系统绝缘问题分析

该事件发生时，因1 号蓄电池组正在更换改造，由直流系统Ⅱ段带直流系统Ⅰ、Ⅱ段运行，1 号机励磁直流电源、事故照明系统电源由直流系统Ⅰ段提供，所以直流系统Ⅱ段绝缘监测装置选出的接地位置一直在直流母线，且绝缘监测装置具有电压补偿功能，正负母电压一直保持平衡，而该情况未被及时发现。直流接地问题之所以一直没有被发现，是因为两段直流系统因为一些其他元件的故障频繁告警，而告警信号合并送给计算机监控系统，所以计算机监控系统上位机经常性出现告警报文和语音，运行人员对厂房直流系统告警已不敏感，惯性认为还是一直出现的告警信息，在倒厂用电时即使出现该故障告警也未引起警觉。又因只是单极短时接地，未造成不良后果，直至此次机组开机试验间歇时，发生灭磁开关不明原因跳闸后，直流系统单极接地问题才被电气人员重视。由此可见，一些小的故障，即使不影响设备运行，也要及时处理，否则可能存在更大的隐患。并且在计算机监控系统开入点够用的情况下，告警信号尽量不要合并送给计算机监控系统。

虽然该事件中直流系统短时的单极一点接地未造成保护和开关误动，但是直流系统一点接地也存在保护和开关误动的可能，所以在日常运维中一定要加强对直流系统绝缘问题的重视。

另外事故照明系统使用的直流电源系统也建议和操作电源使用的直流电源系统分开，避免因照明系统绝缘问题导致的直流系统接地，造成开关误动。

4 结语

这起事故发生的节点是新更换改造设备本体调试、涉网试验均完成后，设备参与机组启动试验时期发生的，所幸没有造成机组非计划停运和损坏，暴露出设备生产厂家在设备出厂检验时对于绝缘试验把关不严，新设备改造竣工验收时，电厂对于绝缘试验不够重视，未能发现设备内部接线的错误。试验是检验设备功能完好、接线正确的必要步骤，每个试验项目都值得重视。