換相隔離開關(guān)合閘引發(fā)廠用電斷路器誤動(dòng)原因分析及處理

王鵬宇，汪衛(wèi)平

（華東瑯琊山抽水蓄能有限責(zé)任公司，安徽省滁州市 239000）

1 廠用電斷路器誤動(dòng)事件經(jīng)過概述

2015年8月4日19時(shí)51分，瑯琊山電廠2號機(jī)組執(zhí)行停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電流程步序換相隔離開關(guān)發(fā)電方向合閘時(shí)，10kV廠用電系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍開關(guān)動(dòng)作，涉及動(dòng)作斷路器數(shù)量19面，8月5日19時(shí)51分，2號機(jī)組發(fā)電啟動(dòng)時(shí)該故障再次出現(xiàn)，現(xiàn)象與8月4日基本一致。

根據(jù)上位機(jī)事件記錄，統(tǒng)計(jì)廠用電中壓斷路器動(dòng)作情況如表1、表2所示。

表1 2015年8月4日斷路器動(dòng)作記錄

表2 2015年8月5日斷路器動(dòng)作記錄

圖1 1、2號機(jī)組自用電系統(tǒng)示意圖

以上兩次10kV斷路器誤動(dòng)作造成10kVⅢ、Ⅳ段以及10kVⅠ段部分饋線失電，導(dǎo)致運(yùn)行中的1、2號機(jī)組自用電全停，值班人員向調(diào)度申請將1、2號機(jī)組轉(zhuǎn)停機(jī)。1、2號機(jī)組自用電系統(tǒng)示意圖如圖1所示，斷路器=S01+AK03/=S03+AJ02/=S03+AK11分閘后1、2號機(jī)組自用電的上級10kV電源全部丟失。

現(xiàn)地檢查廠用電分閘動(dòng)作開關(guān)柜均無過流保護(hù)動(dòng)作信號，但2號高壓廠用變壓器進(jìn)線斷路器=S03+AJ02上有變壓器溫度高跳閘，該跳閘信號源自2號高壓廠用變壓器溫控儀，但現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)2號高壓廠用變壓器外觀正常，無過熱放電現(xiàn)象，溫控儀工作正常，無報(bào)警或跳閘輸出。10kV 1號自用變壓器高壓側(cè)斷路器=S01+AK03控制面板有0.4kV跳閘信號，該跳閘信號來自1、2號機(jī)組自用電Ⅰ段進(jìn)線斷路器=S11+AN03/S12+AN03，現(xiàn)場檢查上述兩個(gè)自用電進(jìn)線斷路器均沒有發(fā)出0.4kV跳閘信號。初步確定廠用電斷路器動(dòng)作為誤動(dòng)，現(xiàn)場檢查相關(guān)斷路器、變壓器無異常后逐步進(jìn)行試送電，并且試送電成功、廠用電運(yùn)行電壓、電流正常。

2 廠用電斷路器誤動(dòng)原因分析

廠用電10kV 1號自用變壓器高壓側(cè)斷路器=S01+AK03和2號高壓廠用變壓器進(jìn)線斷路器=S03+AJ02的分閘是導(dǎo)致此次1、2號機(jī)組自用電丟失、機(jī)組被迫停運(yùn)的直接原因。上述斷路器分合閘均有現(xiàn)地和遠(yuǎn)方兩種方式，其中遠(yuǎn)方操作命令由地下廠房現(xiàn)地控制單元LCU5數(shù)字量輸出板開出送給斷路器現(xiàn)地控制器，外部跳閘方面1號自用變壓器高壓側(cè)斷路器=S01+AK03僅設(shè)有來自下一級的0.4kV跳閘信號，2號高壓廠用變壓器進(jìn)線斷路器=S03+AJ02僅設(shè)有來自變壓器的溫度保護(hù)跳閘。從斷路器的現(xiàn)地控制面板查看廠用電10kV 1號自用變壓器高壓側(cè)斷路器=S01+AK03分閘原因。從斷路器的控制原理分析并結(jié)合斷路器控制面板的報(bào)警信息，分析本次開關(guān)誤動(dòng)作的原因分析有3種：

圖2 換相隔離開關(guān)控制電源以及電機(jī)電源供電示意圖

圖3 換相隔離開關(guān)單相電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路接線圖

（1）LCU5輸出板卡誤發(fā)信號，導(dǎo)致斷路器誤動(dòng)。

（2）斷路器的現(xiàn)地控制器工作異常誤發(fā)信號。

（3）斷路器的外部分閘信號回路受到干擾，導(dǎo)致斷路器誤動(dòng)。

3 廠用電斷路器誤動(dòng)故障查找過程

瑯琊山電廠于8月4日故障首次出現(xiàn)后在LCU5控制柜內(nèi)所做臨時(shí)措施，將LCU5出口遠(yuǎn)方分廠用電斷路器的命令回路解掉，使得LCU5的分閘令不能起作用，8月5日同一時(shí)間再次出現(xiàn)相同故障，斷路器依然出現(xiàn)誤分閘，排除了上述分析中第（1）種原因，即LCU5輸出板卡誤發(fā)信號。分析上位機(jī)事件記錄，兩次故障均發(fā)生在2號機(jī)組發(fā)電啟動(dòng)步序（換相隔離開關(guān)發(fā)電方向合閘）執(zhí)行過程中，由于換相隔離開關(guān)控制回路及驅(qū)動(dòng)電機(jī)回路電源為直流220V，與地下廠房廠用電斷路器控制回路直流電源均來自地下廠房直流系統(tǒng)，可能是在換相隔離開關(guān)合閘的過程中對廠用電斷路器控制回路產(chǎn)生了影響。2號機(jī)組換相隔離開關(guān)控制回路電源以及電機(jī)電源供電示意圖如2所示，小開關(guān)F0407給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，F(xiàn)0410給控制回路供電。

瑯琊山電廠換相隔離開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為復(fù)勵(lì)直流電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)回路接線示意圖如圖3所示。

由于兩次故障均發(fā)生在發(fā)電方向合換相隔離開關(guān)，且2號機(jī)組已在8月5日凌晨抽水運(yùn)行成功未對廠用電斷路器造成影響，重點(diǎn)對發(fā)電方向換相隔離開關(guān)（W1和U1）動(dòng)力和控制回路檢查，動(dòng)力回路端子間檢查結(jié)果如表3所示，從表中顯示W(wǎng)1相電機(jī)并勵(lì)回路異常。

表3 2號機(jī)組換相斷路器電機(jī)檢查表

針對以上情況，工作人員準(zhǔn)備進(jìn)行2號機(jī)組換相隔離開關(guān)強(qiáng)制動(dòng)作試驗(yàn)，用示波器觀察期間換相隔離開關(guān)直流電源及廠用電斷路器外部跳閘信號回路波形。為了防止造成廠用電大面積停電，試驗(yàn)前現(xiàn)場人員將廠用電重要負(fù)荷斷路器的外部跳閘信號回路解除。為保持原有故障現(xiàn)象，檢查人員未對W1相隔離開關(guān)電機(jī)并勵(lì)回路進(jìn)行處理，并首先選取異常相W1進(jìn)行手動(dòng)操作試驗(yàn)，使用示波器監(jiān)視圖2中F0407的電壓和電流，由于該隔離開關(guān)給電機(jī)供電，其運(yùn)行電壓、電流就反映了電機(jī)的運(yùn)行電壓和電流，并在10kV 1號機(jī)組自用電高壓側(cè)斷路器=S01+AK03處錄波監(jiān)視其來自LCU5和下一級0.4kV斷路器的分閘信號，將兩路分閘信號接線從10kV柜子端子排上拆下后接在示波器的線夾上，10kV饋線柜=S01+AK03錄波接線示意圖如圖4所示。

圖4 10kV饋線柜=S01+AK03錄波接線示意圖

監(jiān)測儀器及人員就位后通過手動(dòng)強(qiáng)制圖3中的繼電器-K312電動(dòng)操作W1相隔離開關(guān)電機(jī)。本次試驗(yàn)外部分閘（包括跳閘）回路解除的斷路器均沒有出現(xiàn)異常分閘，期間W1相隔離開關(guān)電機(jī)運(yùn)行電壓電流波形如圖5所示，所錄電壓電流為圖2中F0407電壓電流，其中電流測量采用福祿克80i-110s AC/DC高精度探頭（量程：0.1～100A DC，0.1～70A AC）。

圖5 W1相隔離開關(guān)電機(jī)運(yùn)行電壓電流波形

A通道為電壓200V每格，B通道為電流1A每格，時(shí)間軸每格50ms。運(yùn)行過程中，電壓始終很平穩(wěn)幅值在220V，電流在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)幅值很大超過5A，穩(wěn)定運(yùn)行后從圖中看出有較大的交流分量，頻率約為70Hz，幅值為0.9A。

在10kV饋線柜=S01+AK03錄得兩路外部分閘閘信號電纜對地電壓波形如圖6所示。

圖6 10kV饋線柜=S01+AK03錄波

從圖6可以看出，通道1、2均有電壓波動(dòng)，且波動(dòng)頻率一致約為60Hz，通道1的幅值較小約為16V，不會對斷路器控制造成實(shí)質(zhì)影響，通道2的幅值較大約為110V，有效值約為78V（＞10kV斷路器輸入板高電平門檻值50V），該信號如果送入斷路器控制器將導(dǎo)致斷路器分閘，并報(bào)0.4kV外部跳閘信號報(bào)警，與之前出現(xiàn)的報(bào)警情況一致。

通過本次試驗(yàn)排除了之前原因分析中第（2）種原因，即斷路器的現(xiàn)地控制器工作異常誤發(fā)信號，確定為第（3）種原因，即斷路器的外部分閘信號回路受到干擾，導(dǎo)致斷路器誤動(dòng)，同時(shí)確定了=S01+AK03斷路器動(dòng)作的原因是來自0.4kV斷路器分閘信號的電纜受到干擾。

圖7 W1相電機(jī)更換后運(yùn)行電壓電流波形

4 廠用電斷路器誤動(dòng)處理后驗(yàn)證

在基本確定斷路器誤動(dòng)原因后，工作人員進(jìn)行了U1相強(qiáng)制操作試驗(yàn)，廠用電斷路器沒有收到外部分閘信號，更換W1相電機(jī)后再次進(jìn)行試驗(yàn)，廠用電斷路器也沒有收到外部分閘信號，測得電機(jī)運(yùn)行時(shí)電壓電流波形如圖7所示，通道1綠色表示電壓每格100V，通道2紅色表示電流每格1A。從圖7顯示電壓波形平穩(wěn)，幅值在220V，啟動(dòng)初始電流較大達(dá)到5A，之后逐漸下降并穩(wěn)定在0.8A左右，并可以看出其中含有少量高次諧波（約為750Hz），諧波電流幅值約為0.1A。

對比W1相電機(jī)更換前后的運(yùn)行波形不難發(fā)現(xiàn)，更換前的電機(jī)運(yùn)行時(shí)電流中含有大量交流分量，該電纜從廠房直流室經(jīng)安裝場電纜橋架后至2號機(jī)組發(fā)電機(jī)層，=S01+AK03斷路器0.4kV跳閘信號電纜從2號機(jī)組發(fā)電機(jī)層經(jīng)安裝場電纜橋架后進(jìn)入10kV控制室，二者之間有一定距離的平行敷設(shè)，對0.4kV跳閘信號回路產(chǎn)生的干擾，且錄波顯示二者之間的頻率相近。更換電機(jī)后，2號機(jī)組發(fā)電試運(yùn)行正常，也說明故障產(chǎn)生的源頭為2號機(jī)組換相隔離開關(guān)W1相驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

5 結(jié)束語

通過分析，瑯琊山電廠廠用電斷路器誤動(dòng)原因?yàn)?號機(jī)組換相隔離開關(guān)W1相驅(qū)動(dòng)電機(jī)的并勵(lì)繞組回路開路，失去部分勵(lì)磁功能，導(dǎo)致電機(jī)氣隙磁場畸變，轉(zhuǎn)子在畸變的磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的交流感應(yīng)分量，流過其供電回路，并對與之有平行敷設(shè)段的廠用電斷路器外部控制信號電纜造成干擾，加之廠用電斷路器現(xiàn)地控制器的高電平門檻值較低，最終導(dǎo)致了地下廠房廠用電斷路器的誤動(dòng)，造成機(jī)組自用電丟失。

此次事件是瑯琊山電廠投運(yùn)8年來首例，反映出廠用電10kV斷路器現(xiàn)地控制器高電平門檻值設(shè)計(jì)值偏低，不利于躲過回路分合閘過程中所產(chǎn)生的涌流干擾，從而增大了設(shè)備誤動(dòng)的可能性。