刘家峡水电站站并网时断路器没跳,励磁系统跳了是怎么回事

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带防跳跃装置的断路器控制电路
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ABB UNITROL 5000励磁系统灭磁开关误动原因分析及改进措施
ABB UNITROL 5000励磁系统灭磁开关误动原因分析及改进措施 华能沁北发电有限责任公司 王银明 鲁英林 路平 吴伟 摘 要:文中详细论述了沁北电厂ABB UNITROL 5000励磁系统在交流220V电压串入机组控制直流系统时导致机组跳闸的分析处理过程,对灭磁开关的偷跳原因进行分析和试验验证,并实施了改进措施,该改进措施简单易行、成本低廉、效果明显,对同类型励磁系统的安全运行和事故处理有较大的借鉴意义。 关键词:ABB UNITROL5000;励磁系统;交直流串电;失磁保护;开关偷跳 引言 华能沁北电厂500kV开关场采用一个半断路器全接线方式运行,发电机组为国产600MW超临界燃煤发电机组,发电机出口设置有出口断路器,机组励磁系统采用瑞士ABB公司生产的Q5S-0/U251-S6000自并励系统,UNITROL5000型励磁调节器。 沁北电厂1号发电机由于交串入直流系统时灭磁开关偷跳造成失磁保护动作机组跳闸,该厂通过分析定位故障原因,快速恢复机组的运行,事后对该次事故深层次的原因进行分析和试验验证,提出了简单易行的改进措施,对同型号励磁系统的安全运行和事故处理有较大的借鉴意义。 1 事故前系统运行方式 沁北电厂1号、2号机组为国产600MW超临界燃煤发电机组。锅炉型号DG-Ⅱ型直流锅炉,最大连续蒸发量为1900t/h;汽轮机型号CLN600-24.2/566/566型凝汽式汽轮机,额定出力为600MW;发电机型号QFSN-600-2YHG型三相同步发电机,额定功率为600MW,励磁系统采用瑞士ABB有限公司生产的Q5S-0/ U251-S6000自并励系统,额定输出电流为4541A,顶值输出电压为1049V,励磁电源取自机端三台单相励磁变压器,容量为6000kVA,整流柜输入电压为893V;发电机出口装设瑞士ABB生产的HEC7型断路器,发电机出口电压20kV,发电机出口断路器额定电流24000A;设1台容量为720MVA三相主变压器,1台50MVA分裂变作为高厂变、全厂共设1台220kV/31.5MVA双卷高压事故备用停机变,厂内500kV配电装置采用一个半断路器接线,500kV使用北京ABB高压开关设备有限公司的HPL500B2型断路器, 500kV设出线2回。 沁北电厂发电机出线接线方式为发电机出口装设出口断路器,这种设置有很多优点:第一,利于变压器和发电机保护单独安装调试;第二,简化了继电保护接线,发电机并网点设在发电机出口断路器,发电机出口断路器为三相机械联动,不会发生非全相并网问题;第三,避免了由于汽机、锅炉、发电机一些瞬时性问题和误操作造成主变跳闸问题,事故后可以快速恢复机组运行;第四,在汽机、锅炉、发电机故障时可以断开出口断路器而不用解列厂用电,避免了厂用电的切换过程和操作风险;第五,发电机组启动过程厂用电由主变倒送电而来,减少了备用变容量和台数。缺点是发电机出口断路器投资较大,并且增加了一定的检修工作量和故障概率。 表1 交流电线和直流电压记录序拆除外回路二次电缆线号K03继电器动K03继电器线圈两端K04继电器线圈两号作情况测得的交流电压端测得的直流电压1没有拆除任何二次线动作68V56V 2 X23:4动作75V58V 3 X23:4/ X23:3动作79V62V 4 X23:4/ X23:3/X21:1动作83V64V 5 X23:4/ X23:3/X21:1/X23:54继电器抖动75V55.5V 6X23:4/ X23:3/X21:1/X23:54/X21:53继电器抖动 50.3V36V 7X23:4/ X23:3/X21:1/X23:54/X21:53/X21:51-1不动作32V21V 8X23:4/X23:3/X21:1/X23:54/X21:53/X21:51不动作0V0V (即外回路二次线全拆除) 2 事故发生过程 日19时52分,沁北电厂1号发电机(国产600MW汽轮发电机组)跳闸,1号主变及厂用电系统运行正常(发电机出口有断路器,在发电机跳闸后,主变依然可以带厂用电继续运行),继电保护保护人员立即到电子设备间检查发变组保护动作情况,保护装置显示发电机失磁保护Ⅱ段动作;检查机组SOE记录,灭磁开关先动作,然后发电机失磁保护动作;检查发电机励磁系统,就地控制屏有“091 FCB EXTERNAL OFF 143”( 励磁系统外部跳闸)信号,励磁系统没有别的异常记录及信号;检查1号机组故障录波器,显示灭磁开关先动作,然后失磁保护II段动作,机组跳闸。 3 检查处理过程 根据以上信号判断,发电机灭磁开关动作在先,失磁保护动作在后,继电保护装置动作正确。仔细检查运行DCS画面,发现110V直流系统绝缘检测装置有“直流接地”、“直流系统过压”报警,就地直流检测装置有相应信号。对机组励磁小室对励磁系统进行检查,听到励磁调节柜内有继电器的振动声,目视发现灭磁开关外部跳闸出口继电器K03励磁,指示灯常亮(表明收到外部送来的灭磁开关跳闸指令),灭磁开关外部跳闸出口继电器K04间歇性(指示灯闪亮),用万用表测量灭磁开关第一组控制回路正电源101、控制回路负电源102、跳闸回路133对地均有交流220V电压;用万用表测量第一组控制回路正电源101及跳闸回路133之间有直流110V电压,表明灭磁开关没有收到外部跳闸指令而自行跳闸。对直流系统进行检查,发现有交流电源220V串入直流110V系统,对直流110V系统进行检查,拉路寻找交流电源注入点,发现该交流220V信号来自输煤直流分屏,逐步检查在输煤6kV系统#7B皮带机就地操作箱内转换开关上找到短路点(该操作箱内有直流的事故按钮回路及交流的拉绳、跑偏继电器回路),由于该就地远方操作转换把手上有交流220V电源和直流110V电源,环境粉尘及潮湿影响,该把手已严重受潮有短路灼痕。将直流回路从其端子上解下,110V直流系统绝缘正常已无交流电压,且正负极电压平衡,直流系统恢复正常后,检查励磁系统继电器K03(KO4)恢复正常,测试灭磁开关跳闸回路对地绝缘正常,测试灭磁开关跳闸回路之间绝缘正常,确认灭磁开关回路没有其他问题。当交流220V串入直流110V系统,绝缘监测装置会发“直流接地”、“直流系统过压”报警。 表2 K03动作结果及端电压记录序号 并联电阻阻值 K03继电器动作情况 K03继电器线圈两端测得的交流电压K04继电器线圈两端测得的直流电压1 5.1KΩ 不动作 21V 17V 2 2KΩ 不动作 10.6V 8.8V 3 1KΩ 不动作 5.8V 4.2V 4 500Ω 不动作 2.8V 2.2V 4 机组事故跳闸原因分析 确认由于交流220V串入机组直流系统造成灭磁开关跳闸,发电机失磁保护动作,机组跳闸。灭磁开关跳闸回路并接电缆较多,其中发变组保护和控制台急停按钮跳灭磁开关。电缆比较长,分布电容达到一定程度,如果K03(4)继电器动作功率不够大,当直流正极(负极)串入220V交流电源时,因直流系统回路过大的电容影响,导致K03(4)继电器动作,灭磁开关跳闸。 5 采取临时防范措施 对输煤系统所有皮带机、碎煤机以及就地操作箱内直流回路全部拆除,取消就地操作回路。处理正常后申请调度同意,1号机组于03月15日23:10分并网运行。 6 机组临停检修期间验证试验 为了验证分析原因的正确性和取得试验数据,在1号机组临停检修期间对1号机励磁调节器(ABB UNITROL 5000型数字励磁调节器)灭磁开关跳闸回路做相应试验,验证控制电缆屏蔽层接地、跳闸回路二次电缆数量、继电器动作功率对试验记录如下: 6.1 K03(K04)继电器动作电压及功率试验。 拆除现场K03(K04)继电器进行试验室试验,测得继电器动作电压:交流为134V,直流为60V。计算可得该继电器直流动作功率为0.4W,交流动作功率为1.9W。 试验结论:K03(第二组跳闸回线圈路为K04)继电器动作功率小。 6.2 跳闸回路加入交流220V电源试验。 用交流火线(AC220V)加至101Ⅰ(第一组跳闸正电源),零线接地;依次拆掉跳闸线外回路二次电缆,K03(第一组跳闸继电器)动作结果及继电器线圈两端测得的交流电压和直流电压记录如表1。 试验结论:跳闸回路接入电缆的数量越多,电缆越长,在交流(AC220V)串入直流系统情况下K03(K04)继电器越容易动作。 6.3 灭磁开关跳闸回路二次电缆绝缘测试和屏蔽层接地后试验。 灭磁开关8组跳闸回路电缆屏蔽层检查(灭磁开关8组跳闸回路分别为:发变组保护A柜至励磁调节柜2组,保护B柜至励磁调节柜2组,保护E柜至励磁调节柜2组,操作台急停按钮至励磁调节柜2组):其中6组发变组保护柜到励磁系统跳闸回路电缆屏蔽层均已接地,另2组操作台急停按钮至励磁调节柜电缆屏蔽层没有接地,跳闸回路绝缘测试均大于20MΩ。 将试验操作台急停按钮至励磁调节柜2组跳闸线电缆屏蔽层全部接地后,用交流火线(AC220V)加至101Ⅰ(第一组跳闸正电源),测得K03(第二组跳闸回线圈路为K04)继电器动作电压与以前测试值没有多大变化。 试验结论:部分二次电缆屏蔽层接地与否对在交流(AC220V)串入直流系统情况下K03(K04)继电器动作情况影响很小。 6.4 继电器K03线圈两端并联不同阻值的电阻,用交流火线(AC220V)加至101Ⅰ(第一组跳闸正电源),零线接地;外回路完全恢复,K03动作结果及端电压记录如表2。 试验结论:在交流220V电压串入直流系统时:K03继电器线圈两端并联电阻阻值越小 (电阻容量越大),继电器线圈两端的电压越低,继电器越不容易误动作。当在继电器两端并联电阻为500Ω时,在继电器线圈两端测得的电压仅为交流2.8V ,直流电压2.2V,继电器不会动作。 综合以上得出灭磁开关跳闸的真正原因:在交流220V电压串入110V直流系统时,造成通过K03(K04)继电器线圈和跳闸回路二次电缆对地电容的电流过大造成继电器动作(抖动),接点接通,灭磁开关跳闸。 7 回路改造方案 鉴于现场情况:发变组保护屏柜与跳闸回路电缆长度及数量无法更改,二次电缆屏蔽层是否接地对交流串入直流系统使继电器动作行为的影响有限。所以,计划更换继电器(或者对原继电器改造以提高继电器的动作功率)来消除回路对抗交直流回路串电对励磁系统的影响。 由于对励磁系统与外围回路接口没有明确要求,参照“《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(试行)继电保护专业重点实施要求”:变压器与发变组保护,变压器本体的气体、压力释放、压力突变、温度和冷却器全停等非电量保护,跳闸时宜采用就地跳闸方式,即通过安装在开关场的、启动功率不小于5W的中间继电器的两付接点,分别直接接入变压器各侧断路器的跳闸回路,并将动作信号接至控制室;将灭磁开关跳闸继电器K03(K04)回路动作功率增大,提高灭磁开关操作回路抗干扰性能。 根据ABB UNITROL5000励磁系统调节柜内部实际情况和ABB厂家进行沟通,上海ABB工程有限公司不同意更换继电器,且没有提出有针对性的措施来防范交流串入直流灭磁开关跳闸的措施;该厂决定自行对励磁系统灭磁开关跳闸回路K03(K04)继电器线圈两端并联电阻进行增大功率改造。 继电器K03(K04)线圈并接电阻的选择:考虑保证抗干扰能力和保护跳闸继电器接点断弧能力,根据试验结果,最终选取50W 1kΩ电阻(为保证可靠起见,使用两只25W 2kΩ瓷管电阻并联,当其中一只电阻断线时,另一只电阻也可以满足回路抗干扰要求),电阻可靠性高,不容易损坏,回路实施简单。 K03(K04)继电器线圈并接电阻对继电器本身的动作电压没有影响,当外部交流电压(电流)干扰较大时,通过并接的电阻分流,减少通过K03(4)继电器线圈的交流电流,从而提高回路的动作功率,提高回路抗干扰能力。 回路改造完成后,依次分别在第一、第二组控制直流中加入交流220V电压,K03(K04)继电器没有发生动作或抖动现象,测试K03(K04)继电器线圈两端电压感应约为交流5.8V,距能够造成继电器抖动的电压交流50.3V相去甚远,验证了改造的实际效果。为减少交流串入直流系统的风险,2008年对外围设备增加一套单独的直流系统(输煤系统、脱硫系统控制电源原取自机组直流系统),将其与主机直流系统完全隔离。在#2机组检修时,对#2机组励磁系统灭磁开关两组跳闸回路进行了相同的改进,运行多年来,一直运行正常。 8 结论 8.1 对于ABB UNITROL5000励磁系统,在交流220V电压串入直流110V系统时,灭磁开关会无外部跳闸命而跳闸,造成机组非计划停运。 8.2 对于ABB UNITROL5000励磁系统,在灭磁开关跳闸回路继电器K03(K04)线圈两端并接电阻(50W 1KΩ),可以有效避免交流220V电压串入直流110V系统时时机组非停事故。 参考文献: [1]王君亮.《同步发电机励磁系统原理及维护》[M].北京:中国水利水电出版社,2010. [2]竺士章.《发电机励磁系统试验》[M].北京:中国电力出版社,2005. [3]刘取.《电力系统稳定性及发电机励磁控制》[M].北京:中国电力出版社,2007.
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内容:励磁系统、继电保护技术交流、资料共享的平台
某MT开关一合即跳故障现象及处理
某MVS32H框架式断路器检修后进行试验位分合试验,打就地位置按合闸按钮后开关瞬时合闸后即跳开,可确认开关确实合闸。
问题:开关确实合闸,但一合就跳
二、故障检查
1、为确认开关分合闸回路正常,逐一测量分合闸回路均正常,不存在回路问题。
2、因远方跳闸未经“就地/远方”判别,怀疑有远方跳闸指令,将远方跳闸线甩开,故障现象仍旧。
3、为彻底排除跳闸回路的问题,将分闸线圈接线甩开,故障现象仍旧。
4、因开关所在母线检修,且开关在试验位,推论是否有欠压脱扣,经检查无欠压脱扣线圈。
5、经上述工作,判断为开关机械跳闸。
1)试验位置:断开控制电源,机械合闸后同样立即跳闸。
2)隔离位置:机械合闸,无跳闸现象。
3)工作位置:机械合闸,无跳闸现象;且送控制电源开关分合正常。
6、因开关设置有合闸位置摇入工作位置时会自动跳闸,因此怀疑试验位置行程有问题(试验位置实际行程比指示靠内),将开关摇至试验位后又退出约半圈摇把的位置(如下图),开关分合正常。
调整开关试验位置行程。
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