鞏芳杰

(廣東省連州粵連電廠有限公司連州發(fā)電廠，廣東 連州 513435)

1 故障現(xiàn)象

(1)2009－01－14 T 15:45，某電廠#4機組在正常運行中跳閘?，F(xiàn)象如下:15:45，集控室事故喇叭、警鈴響，#4汽輪機跳閘，機組負(fù)荷為0，#4汽輪機轉(zhuǎn)速升至3 069 r/min后下降;同時，BTG盤發(fā)出“直流系統(tǒng)故障”、“斷路器事故跳閘報警”、“滅磁開關(guān)聯(lián)跳”、“熱工跳閘”光字牌，#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)2204、#4發(fā)電機滅磁開關(guān)4FMK、廠用工作電源開關(guān)671，681跳閘，#4發(fā)電機變壓器組有功、無功為0，#0高壓備用變壓器高壓側(cè)開關(guān)2208、#4機組廠用備用電源開關(guān)670，680自動投入。

(2)2010－01－26 T 08:35，#4機組在正常運行中跳閘。現(xiàn)象如下:08:35，接班人員定期試驗#4機組直流照明，合上直流照明電源，檢查直流照明燈正常后切換至交流電源。同時，電氣當(dāng)班監(jiān)盤主值發(fā)現(xiàn)二期集控室事故照明燈亮10 s左右，集控室事故照明燈滅，BTG事故喇叭、警鈴響，#4機組BTG盤發(fā)出“直流系統(tǒng)故障”、“斷流器事故跳閘”、“熱工跳閘”、“滅磁開關(guān)跳閘”光字牌;#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)2204、#4發(fā)電機滅磁開關(guān)4FMK、廠用工作電源開關(guān)671，681跳閘，#4發(fā)電機變壓器組有功、無功為0，#0高壓備用變壓器高壓側(cè)開關(guān)2208、#4機組廠用備用電源開關(guān)670，680自動投入。#4汽輪機轉(zhuǎn)速突升至3083 r/min后開始下降。

2 檢查保護(hù)、控制回路動作報告和錄波波形圖

(1)故障錄波檢查。檢查錄波波形發(fā)現(xiàn)，#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)2204先于主汽門和滅磁開關(guān)動作，接著是廠用電源開關(guān)變位動作;無保護(hù)動作，也沒有保護(hù)動作的故障波形。從故障錄波波形來看，這起事故是由#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)2204首先跳閘引起的。

(2)操作箱本體檢查。#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)2204使用的三相操作箱型號為SCX－12J，操作箱面板上有“電源指示”、“合后位置”和“保護(hù)動作”燈。當(dāng)2組操作電源送上后“電源指示”燈顯示黃色;當(dāng)開關(guān)合閘后合后位置繼電器(HHJ)動作，則“合后位置”燈顯示黃色，“合后位置”燈在非手動分閘引起的發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)跳閘后均顯示黃色，在手動分閘后經(jīng)手跳復(fù)位HHJ，“合后位置”燈滅。2009年和2010年機組2次跳閘后“合后位置”燈一直顯示黃色，事故跳閘后經(jīng)手動分閘試驗可復(fù)歸該燈信號，說明“合后位置”指示回路正常，同時也排除手動誤分開關(guān)的可能;操作箱上“保護(hù)動作”燈一直為滅的狀態(tài)。

(3)保護(hù)裝置檢查。經(jīng)檢查，保護(hù)裝置運行正常，機組跳閘瞬間和跳閘后波形和采樣記錄與故障錄波記錄相同，而且保護(hù)裝置也無電氣保護(hù)動作。在非電量保護(hù)動作方面，聯(lián)系了熱工專業(yè)人員進(jìn)行檢查，收到電氣跳閘指令之后首先發(fā)出主汽門關(guān)閉動作信號，與故障錄波記錄相同。從電氣、熱工2個專業(yè)采集到的指令可以確認(rèn)是電氣先動作而且是#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)先動作。機組跳閘后汽輪機轉(zhuǎn)速上升至3080 r/min也印證了這一判斷。

(4)機組2次跳閘后，報警信號中有“開關(guān)位置變化”和“直流系統(tǒng)故障”信號，查看直流接地巡檢儀顯示接地回路是“事故照明回路負(fù)極接地”，當(dāng)時與直流系統(tǒng)相關(guān)的工作(即交接班期間的定期工作)為事故照明回路試驗。該廠的事故照明設(shè)計是:正常為交流帶電閉鎖，交流失電后回路閉鎖開放啟動直流控制回路，從而實現(xiàn)由直流系統(tǒng)給事故照明回路供電。

3 控制回路初步檢查分析

根據(jù)保護(hù)動作報告可以判斷，保護(hù)裝置無異常。下面主要檢查保護(hù)出口回路和控制回路部分，如圖1所示。

(1)保護(hù)動作出口回路檢查。保護(hù)出口101和133’，201和233’之間絕緣電阻值不小于200 MΩ，133’，233’分別對地絕緣電阻值不小于200 MΩ，從這方面分析也不存在保護(hù)動作的可能性;而且操作箱上的“保護(hù)動作”燈狀態(tài)為滅，說明確實沒有保護(hù)回路引起的跳閘信號輸入操作箱。

(2)操作箱至機構(gòu)箱回路接線電纜檢查。機組跳閘后，使用萬用表測量跳閘回路一組144、二組146對地電壓平衡，對地電容分別為 170，200 μF，其電容量較小，經(jīng)實際模擬試驗，停機與開機狀態(tài)下144(146)對地電容不會發(fā)生變化，所以，可以排除144(146)對地電容過大引起2204開關(guān)跳閘;對操作箱至開關(guān)本體跳閘回路電纜進(jìn)行絕緣測試，絕緣電阻值不小于200 MΩ，回路絕緣測試正常。

(3)機組運行中跳閘瞬間有直流接地現(xiàn)象，因此，對操作箱內(nèi)跳閘繼電器出口電壓進(jìn)行加量檢查。對TJ1，TJ2加量檢查動作電壓分別為130 V和135 V，符合規(guī)程規(guī)定的出口繼電器動作電壓為(55% ～70%)Un(直流額定電壓為220 V)的要求。

(4)考慮到開關(guān)本體偷跳不會發(fā)出保護(hù)動作信號，也不經(jīng)過操作箱發(fā)出跳閘指令，首先動作的也是出口開關(guān)跳閘，因此，測試開關(guān)本體分閘線圈1和分閘線圈2動作電壓，測試結(jié)果見表1。

表1 分閘線圈動作電壓測試結(jié)果 V

(5)直流系統(tǒng)回路檢查分析。2次機組跳閘后，有“直流系統(tǒng)故障”信號發(fā)出，直流接地巡檢儀顯示接地回路是“事故照明回路負(fù)極接地”，而2次故障跳機都是交接班期間進(jìn)行事故照明試驗時發(fā)生的。如前所述，該廠的事故照明設(shè)計是正常為交流帶電閉鎖，交流失電后回路閉鎖開放，啟動直流控制回路，從而實現(xiàn)由直流系統(tǒng)給事故照明回路供電。經(jīng)過對事故照明控制回路的檢查發(fā)現(xiàn)，低電壓繼電器的常開、常閉觸點有1個公共觸點，在帶電的情況下，公共端觸點接觸下面觸點，常開觸點閉合，低電壓動作后公共觸點接觸上面觸點，常閉觸點閉合。因為事故照明負(fù)荷電源開關(guān)設(shè)計為永久“合閘”狀態(tài)，交流系統(tǒng)為接地系統(tǒng)，直流系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，在直流回路帶負(fù)荷斷開時會拉弧，這樣就存在一個風(fēng)險:在交流回路低電壓動作閉鎖解除后，啟動直流控制回路接通電源給事故照明回路直流供電，交流回路電壓正常后，在事故照明回路供電切換為交流閉鎖的過程中，交流電源接通的瞬間直流電源還處于斷開并滅弧階段，在此過程中，交直流系統(tǒng)瞬間短路引起直流系統(tǒng)接地并造成出口開關(guān)跳閘。事故照明回路控制原理如圖2所示。

圖1 2204開關(guān)控制回路

圖2 事故照明供電控制回路

4 模擬故障驗證分析

根據(jù)前面的檢查分析結(jié)果可以確定:

(1)當(dāng)時系統(tǒng)運行穩(wěn)定，#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)跳閘不是系統(tǒng)故障引起的。

(2)#4機組跳閘是由發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)跳閘引起的。

(3)#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)跳閘不是人為手動切除。

(4)#4發(fā)電機變壓器組出口開關(guān)跳閘不是保護(hù)動作引起的，但開關(guān)控制回路正常。

(5)#4機組跳閘瞬間有直流系統(tǒng)接地故障存在。

檢查事故照明供電控制回路圖(如圖2所示)，1YJ，2YJ，3YJ繼電器接點在直流回路和交流回路均存在。檢查繼電器為DY－36型繼電器，發(fā)現(xiàn)其常開、常閉觸點共用一公共端(類似于擋板動作)，在交流電源恢復(fù)前，直流回路的繼電器都在工作狀態(tài);當(dāng)1YJ，2YJ，3YJ繼電器隨著交流電源的恢復(fù)動作時，直流回路的1YJ，2YJ，3YJ繼電器常閉接點將斷開，斷開的瞬間因?qū)?C接觸器線圈供電，導(dǎo)致“帶負(fù)荷拉開刀閘”，最終引起拉弧，造成交流并入直流回路中而發(fā)出直流系統(tǒng)接地信號。下面就直流系統(tǒng)竄入交流信號能否引起開關(guān)跳閘進(jìn)行模擬故障試驗。

經(jīng)過前面的檢查分析可知，保護(hù)出口回路、手動分閘回路均正常，因此，著重對開關(guān)本體I組跳閘回路101，144，102 和 II組跳閘回路201，146，202 各節(jié)點進(jìn)行混搭交流試驗。在2204開關(guān)合閘的條件下，逐步進(jìn)行如下試驗:

(1)101回路與交流220 V火線混聯(lián)試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至101處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(2)201回路與交流220 V火線混聯(lián)試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至201處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(3)102回路與交流220 V火線混聯(lián)試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至102處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(4)202回路與交流220 V火線混聯(lián)試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至202處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(5)144回路與交流220 V火線混聯(lián)試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至144處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(6)146回路與交流220 V火線混聯(lián)試驗。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至146處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(7)101回路與交流220 V火線混聯(lián)，102回路與交流220 V零線混聯(lián)試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后分別接至101和102處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:直流及交流空氣開關(guān)短路跳閘，2204開關(guān)不動作。

(8)201回路與交流220 V火線混聯(lián)，202回路與交流220 V零線混聯(lián)試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后分別接至201和202處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:直流及交流空氣開關(guān)短路跳閘，2204開關(guān)不動作。

(9)144回路與交流220 V火線混聯(lián)，102回路與交流220 V零線混聯(lián)試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后分別接至144和102處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:跳閘。

(10)146回路與交流220 V火線混聯(lián)，202回路與交流220 V零線混聯(lián)試驗。交流220 V電源和零線加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后分別接至146和202處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:跳閘。

(11)101回路與交流220 V火線混聯(lián)，102回路經(jīng)10 kΩ電阻接地。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至101處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

(12)102回路與交流220 V火線混聯(lián)，101回路經(jīng)10 kΩ電阻接地。交流220 V電源加裝雙極6 A的交流空氣開關(guān)后接至102處，合上空氣開關(guān)后，1 s內(nèi)斷開。2204開關(guān)動作情況:不動作。

以上試驗說明:

(1)在開關(guān)本體跳閘回路如有交流量竄入，開關(guān)立刻跳閘;

(2)事故照明回路設(shè)計及產(chǎn)品的選型確實存在一定的隱患。

5 采取的措施

在實際應(yīng)用中，事故照明回路由交流回路閉鎖控制，直流系統(tǒng)才是事故照明負(fù)載的供電者;1YJ，2YJ，3YJ繼電器表征交流回路失壓繼電器;1C為大容量交流接觸器，2C，3C，4C為大容量直流接觸器。因此，在確?，F(xiàn)有事故照明供電可靠和指示回路滿足要求的情況下，對#4機組事故照明切換回路進(jìn)行改造，改造后的事故照明供電控制回路如圖3所示。

(1)取消交流電源回路帶電指示燈控制回路，避免1C接觸器的交流回路接點與直流回路接點混接、誤接;對于事故照明回路而言，即使交流電源消失或事故照明電源自動投入，也只是事故照明燈變亮，并無其他影響，因此，建議取消該回路。

圖3 改造后的照明供電控制回路

(2)取消1YJ，2YJ，3YJ繼電器在直流回路中的常閉觸點，1YJ，2YJ，3YJ繼電器常開觸點直接控制交流接觸器1C，經(jīng)1C動作后啟動直流控制回路。

(3)取消3C直流接觸器在交流回路中的閉鎖接點，消除直流系統(tǒng)混入交流電的可能性，徹底消除定期切換時交流電源竄入直流系統(tǒng)的隱患。

6 結(jié)束語

事故照明回路改造后，該電廠#4機組持續(xù)運行2年多未出現(xiàn)事故照明回路引起的直流接地現(xiàn)象，也未發(fā)生無電氣保護(hù)動作卻引起機組運行中跳閘的現(xiàn)象。