丰泰公司#1机组直流接地故障的查找和分析

(呼和浩特热电厂，内蒙古 呼和浩特 010030)
摘 要：文章对丰泰公司#1机组正常运行过程中发生的一起发-变组出口开关控制回路直流接地故障查找和分析过程进行了详细地阐述，总结了查找直流接地故障的经验和方法，为今后解决类似问题提供了一定的技术参考。
关键词： 控制回路；直流接地；跳闸线圈
中图分类号：TM307⁺1  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)09—0068—02
1 直流接地的出现及查找

2002年6月2日丰泰#1机组在正常运行过程中突然发生直流系统接地报警，经运行人员检查直流接地检测装置报警记录，发现是#1发电机操作总电源负电源侧金属性接地，但由于#1发电机操作总电源之下还有4路分路控制开关(包括#1发-变组出口201开关操作电源，FMK灭磁开关操作电源，主励41E操作电源，备励QF操作电源)，如想确定直流接地点在哪一路，必须采用直流拉路法才能确定，为了安全起见，在拉路前将失磁联跳压板退出，另外还做了一些关于重动继电器可能返回的安全措施。于是经过分路断直流后，确定了接地点在201开关的控制回路中，在拉开、给上201开关控制电源时未发生任何异常情况。但是具体接地点到底是在何处，只有仔细检查201开关控制回路的所有电缆的绝缘才可能找到，这对于运行的机组来说难度非常大，但是直流接地不消除，同样危害机组的安全稳定运行，而通过拉合几次201开关操作电源，似乎对机组没有任何影响，权衡利害之后，于是决定通过解线摇电缆绝缘来确定直流接地的真正位置，解开201开关操作负电源时测量正对地为+36.45V，负对地为-199.55V，由此可以判定直流接地点既不是直流正电源接地也不是直流负电源接地，应该在二次回路当中。但就在给上201开关操作负电源准备依次检查其他电缆时，发电机开关突然跳闸，跳闸后的保护动作信号为“发电机非全相保护”“反时限过激磁保护”“失磁联跳”，故障录波器显示为线路侧C相电流消失，零序电流和零序电压增大，同时252线路(泰昭线)对侧昭君变电站的开关也由于方向零序Ⅳ段动作跳闸。
2 事故原因分析

机组跳闸后，通过保护动作的打印报告可以看出首先是非全相保护动作，动作时的负序电流值为0.54A；而从热控DCS系统打印的事故追忆报告可以看出是201开关首先动作，其次才是非全相保护动作。发电机非全相保护动作的逻辑条件有两个，缺一不可，其一是负序电流达到0.5A，其二是断路器的位置出现不对应，而且时间能够达到0.5S，此时保护才出口。根据线路侧C相电流消失和DCS事故追忆显示201开关跳闸后经4s非全相保护才动作，初步判定首先应当是201开关的C相跳闸造成非全相保护动作解列发电机。

机组当时的有功负荷为120MW，无功为74MVAR。根据公式：P=3UICOSΦ(U、I分别为发电机的相电压、相电流)U=15kV可以算出发电机相电流为3137A(CT变比12000/5 1.31A)。假设C相电流突然消失，根据单相断线负序电流计算： I2=1/3Ia+Ib+Ic)≈1046A(0.437A)，由于未达到负序电流启动值,此时非全相保护不动作。发电机侧动作电流折算至变压器高压侧相电流为370A，变压器高压侧感受到的零序电流3I0= Ia+Ib+Ic=370A，由于#1发-变组连接的两条220kV线路泰昭线、乌泰线零序阻抗分支系数不同，虽然两条线路对侧方向零序Ⅳ段保护定值相同(泰昭线300A，2.0s  乌泰线300A ，3.5s  CT变比均为1200/5)，但泰昭线感受到的零序电流大,若机组非全相运行达到2.0s将引起252线路对侧方向零序Ⅳ段动作。252线路跳闸后,瞬间发电机负序电流增大,一旦大于0.5A,且持续时间达到0.5S必将引起非全相保护动作。泰昭线跳闸后，乌泰线零序电流超过定值，但由于时间定值未到(泰昭线跳闸2s后发电机非全相保护动作A、B相，断开故障点)，乌泰线不跳闸。
通过上述的分析可知，201开关C相跳闸是此次事故发生的起因。201开关C相跳闸原因为直流接地引起，初步判定直流接地点应在201开关的C相跳闸线圈前端。后经现场仔细检查201开关C相跳闸回路的所有相关电缆，最后发现在220kV升压站开关场配电端子箱中，C相跳闸线圈所连接断路器辅助接点的另一侧至开关场接线端子箱的一根电缆发生金属性接地。具体情况见下图：

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TQa、TQb、TQc分别为201开关A、B、C相的跳闸线圈。

HWJ为合闸位置继电器

STJ为手跳继电器  TBJ为防跳继电器

DLa、DLb、DLc为断路器的辅助接点
3 切合直流电源对跳闸回路影响情况分析
3.1 切合直流操作电源

跳闸线圈两端电源瞬间失电又恢复，对于跳闸线圈来说，其两端承受的电压仍然和以前一样。具体情况计算如下：

当时测量直流母线电压为236V
  R(HWJc)= 25.8kΩ ，R(RHWJc)=5.1kΩ
  R(TQc)=218.6Ω
  回路稳定运行的电流为：
236/31120=7.58(mA)

正常运行时跳闸线圈两端承受的稳定电压为：1.657V

从以上计算可知跳闸线圈两端电压远远<143V，根本不会动作。根据《电气设备交接试验标准》要求，220kV SF6 断路器跳闸线圈动作电压应≥65%的控制电源的额定电压，即不小于143V；返回电压不大于30%的控制电源的额定电压，即≤66V。
3.2 只切合直流正电源

此时跳闸线圈两端所承受的电压仍然为1.657V,这是因为跳闸线圈电阻只有合位继电器总电阻的0.7%,因此瞬间大部分电压全部加在了合位继电器线圈两端，跳闸线圈所承受电压很小也不会动作。
3.3 只切合直流负电源

当断开负电时，直流正电源通过合位继电器被接地点将电位拉至+36.45V，而直流负电源因为脱离接地点电位上升为-199.55V，当合上负电时，在跳闸线圈两端瞬间施加电压达到199.55V,此电压大于143V足以使得跳闸线圈动作。
4 直流系统发生接地时对跳闸线圈的影响：

①正常运行当发生直流系统正电源接地时，如果上述接地点仍然存在，两点接地将造成C相跳闸线圈两端电压瞬间达到236V，跳闸线圈必然动作；②正常运行当发生直流系统负电源接地时，从图上可知C相跳闸线圈相当于被短接，其线圈两端等电位，不会动作。

通过上述针对直流接地情况的分析，我们可知在开关控制回路的跳闸线圈前端发生金属性接地对于机组安全是极大的事故隐患，而且这种接地在正常运行当中单独测量直流系统电压让人容易误解为直流负电源接地，一旦单独处理负电源，必然会造成开关单相跳闸。为了避免类似情况的发生，建议今后一旦出现开关操作直流负电源接地，首先应当仔细检查所有跳闸回路各个点的电位是否正常，而且切合电源一定保证正负电源同步，严禁查找直流接地时单独切投单极电源。

总之，直流接地是影响机组安全稳定运行的重大问题，只有用最短的时间将其消除，才能够真正保证机组运行的可靠。通过丰泰#1机组201开关控制回路直流负极发生金属性接地查找时引起机组跳闸这一事件，使我们对直流接地的查找有了一个更新的认识，也为今后发生类似事情时的处理提供了宝贵的经验。