摘自：電工電氣 2018第4期

停送交直流電源對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)的影響分析

楊奇：京能集團(tuán)山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司

停送交直流電源對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)的影響分析

?摘 要：基于斷開(kāi)直流分屏電源導(dǎo)致開(kāi)關(guān)誤分合及電壓互感器二次空開(kāi)送電導(dǎo)致低電壓保護(hù)誤動(dòng)的兩起事故案例，分析了含有電容、電感等儲(chǔ)能元器件回路的電壓變化過(guò)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(jì)選型，并給出了保護(hù)動(dòng)作邏輯判據(jù)在電壓變化過(guò)程中的注意事項(xiàng)，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(shí)許，某火電廠停運(yùn)#1機(jī)組110V直流I段母線進(jìn)行交流串入檢測(cè)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(shí)，脫硫動(dòng)力中心(以下簡(jiǎn)稱PC)段聯(lián)絡(luò)刀閘跳閘，脫硫保安電動(dòng)機(jī)控制中心(以下簡(jiǎn)稱MCC)段備用進(jìn)線開(kāi)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(kāi)關(guān)及聯(lián)絡(luò)刀閘相連，PCA段、B段由聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)備自投。脫硫保安MCC工作進(jìn)線電源取自脫硫PCA段，備用進(jìn)線電源取自柴油發(fā)電機(jī)出口，工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)、備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)互為備自投。PC段聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)刀閘，MCC段工作進(jìn)線、備用進(jìn)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(jī)組110V直流I段、II段母線。

2案例介紹

故障發(fā)生時(shí)#1機(jī)組停機(jī)，脫硫PCA段、B段分段運(yùn)行，聯(lián)絡(luò)刀閘處于合位，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于分位；脫硫保安MCC工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘，備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘，柴油發(fā)電機(jī)熱備用。直流分屏單刀雙擲進(jìn)線刀閘由電源一切換至電源二，斷開(kāi)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(jìn)線開(kāi)關(guān)誤合閘，所幸柴油發(fā)電機(jī)停運(yùn)，未造成MCC段兩路進(jìn)線電源非同期合閘。

3案例分析

因未操作開(kāi)關(guān)就地分合閘按鈕，推斷為分布式控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱DCS)發(fā)遠(yuǎn)方指令分合開(kāi)關(guān)，隨即對(duì)上述開(kāi)關(guān)二次回路及DCS開(kāi)關(guān)控制邏輯進(jìn)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(kāi)關(guān)分閘反饋后自動(dòng)發(fā)分閘指令，斷開(kāi)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(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘邏輯如圖2：斷開(kāi)直流分屏電源一瞬間，保安MCC備自投投入為1，備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)故障未發(fā)為0，工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘反饋0變?yōu)?，直流電源消失信號(hào)未發(fā)為0，滿足動(dòng)作邏輯，DCS發(fā)備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘指令。

3.2開(kāi)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(kāi)關(guān)本體輔助接點(diǎn)擴(kuò)展繼電器的常閉接點(diǎn)，斷開(kāi)直流電源瞬間擴(kuò)展繼電器電源消失，常閉接點(diǎn)閉合，DCS收到分閘反饋。

2)檢查脫硫保安MCC備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)至DCS分閘反饋同樣采用擴(kuò)展繼電器的常閉接點(diǎn)，直流電源消失瞬間DCS收到分閘反饋。備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)電源監(jiān)視繼電器設(shè)置0.2s延時(shí)，直流電源消失瞬間電源監(jiān)視繼電器至DCS信號(hào)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(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘均需要直流控制電源，但上述開(kāi)關(guān)是在直流電源消失后動(dòng)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(chǔ)能效應(yīng)。斷開(kāi)直流分屏進(jìn)線刀閘時(shí)使用示波器觀測(cè)直電壓的瞬間變化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)117V的直流電壓沒(méi)有立即消失，而是出現(xiàn)反向電壓衰減曲線，整個(gè)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(shí)間約80ms，最大反向電壓約90V。如圖3。

4開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性分析

4.1繼電器、分合閘線圈動(dòng)作電壓測(cè)試

1)脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘、保安MCC進(jìn)線開(kāi)關(guān)采用JZC1-44型擴(kuò)展繼電器，線圈型號(hào)為CJX-9z 22z，工作電壓DC110V，測(cè)試器動(dòng)作電壓60.0V、返回電壓32.0V，線圈加反向電壓不動(dòng)作。

2)電源監(jiān)視繼電器型號(hào)為RZF1-004D，可設(shè)延時(shí)0.02~3s，工作電壓DC110V。測(cè)試動(dòng)作電壓71.8V，返回電壓60.4V，線圈加反向電壓不動(dòng)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(hào)為XF，工作電壓AC/DC 100-130V，最小動(dòng)作電壓20.7V，動(dòng)作電流約0.50A，線圈加反向電壓動(dòng)作。

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

4.2開(kāi)關(guān)動(dòng)作行為分析

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

1)擴(kuò)展繼電器線圈電壓瞬間降為負(fù)值，脫硫PC段聯(lián)絡(luò)刀閘與保安MCC備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)擴(kuò)展繼電器失電，發(fā)分閘反饋信號(hào)至DCS。

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

3)分合閘線圈加正向或反向電壓均能動(dòng)作，最大反向電壓值約90V，大于分合閘線圈動(dòng)作電壓。在反向電壓衰減約25ms時(shí)有一快速下降過(guò)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(dòng)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(guò)程分析

在直流電源送電時(shí)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(hù)裝置80%電壓下能可靠動(dòng)作的要求^[1]，直流電源監(jiān)視應(yīng)采用線圈區(qū)分正負(fù)極、快速動(dòng)作的繼電器，宜在電壓降至80%時(shí)可靠返回。如本文案例中電阻電感回路電壓反向時(shí)，電源監(jiān)視繼電器應(yīng)瞬間發(fā)直流失電信號(hào)。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(guò)程中裝置可以工作，不發(fā)直流失電信號(hào)；電壓降至80%額定電壓以下后，裝置無(wú)法工作同時(shí)發(fā)直流失電信號(hào)。

對(duì)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(zhǔn)考慮返回電壓設(shè)定值，即在設(shè)備失電無(wú)法工作瞬間及時(shí)發(fā)出失電信號(hào)。

4.3中間繼電器分析

中間繼電器可用于擴(kuò)展接點(diǎn)數(shù)量、容量，電壓轉(zhuǎn)換等功能，動(dòng)作值、返回值的選取應(yīng)同時(shí)考慮避免電壓波動(dòng)導(dǎo)致的誤動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的要求，直流電壓繼電器的動(dòng)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(dòng)作電壓的為55%～70%額定電壓，取中間繼電器動(dòng)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(dòng)，直流中間繼電器的線圈應(yīng)區(qū)分正負(fù)極。

對(duì)于交流控制的中間繼電器或接觸器動(dòng)作電壓可參照普通中間繼電器^[3]標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展繼電器存在控制電源消失不能正確反映開(kāi)關(guān)實(shí)際狀態(tài)的問(wèn)題，因此參與邏輯調(diào)節(jié)的信號(hào)盡可能取開(kāi)關(guān)本體輔助接點(diǎn)以防止控制電源變化造成設(shè)備誤動(dòng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)曾多次發(fā)生此類事故^[4]。

4.4合分閘線圈分析

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

4.5模擬量動(dòng)作判據(jù)分析

交流電壓采集回路接通或斷開(kāi)瞬間同樣應(yīng)考慮電壓的變化過(guò)程對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備、模擬量判據(jù)產(chǎn)生的影響。否則如文獻(xiàn)^[6]中因未考慮電壓互感器二次空開(kāi)送電瞬間電壓上升過(guò)程，在電壓介于8V至60V之間時(shí)，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(shí)滿足而導(dǎo)致“低電壓保護(hù)”誤動(dòng)作。因電容回路電壓不能突變，利用MATLAB仿真軟件測(cè)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(shí)合閘瞬時(shí)值與有效值，圖6為初相角0°時(shí)合閘瞬時(shí)值與有效值。正弦波電壓合閘瞬間變化過(guò)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(dá)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(dá)2倍穩(wěn)定值。

微機(jī)保護(hù)裝置采集模擬量為有效值，實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法控制合閘初相角，合閘送電時(shí)除考慮前20ms電壓上升過(guò)程，還應(yīng)考慮容性回路初相角0°合閘時(shí)采樣值瞬時(shí)過(guò)大對(duì)保護(hù)邏輯判據(jù)的影響。

6結(jié)論

電源監(jiān)視繼電器、擴(kuò)展繼電器設(shè)計(jì)選型不當(dāng)，以及直流電源斷開(kāi)瞬間反向電壓變化的過(guò)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(chǔ)能元器件，因此在合上、斷開(kāi)交直流控制電源或交流模擬量時(shí)，應(yīng)按照電路特性分析電壓的暫態(tài)變化過(guò)程，進(jìn)而研究繼電保護(hù)設(shè)備、邏輯判據(jù)在電壓變化過(guò)程中的動(dòng)作特性，防止出現(xiàn)保護(hù)不正確動(dòng)作。

⊙現(xiàn)場(chǎng) | PT斷線判據(jù)/低電壓判據(jù)動(dòng)作時(shí)間，返回時(shí)間不同步至保護(hù)誤動(dòng)分析 ?? (PT空開(kāi)跳閘，送電恢復(fù)瞬時(shí))?

⊙課程回顧 | 停送電瞬時(shí)過(guò)程對(duì)保護(hù)設(shè)備影響分析 ?

⊙課件 | 停送電瞬時(shí)過(guò)程對(duì)保護(hù)設(shè)備影響分析 ??

⊙資料 | 智能化斷路器簡(jiǎn)介

⊙資料 | 保護(hù)裝置三相不一致 和 斷路器本體三相不一致保護(hù)實(shí)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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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