交流串入直流回路引起保护误动分析

技术报告

1 事故情况介绍

水口电厂装机容量为7X200MW，机变为联合单元接线，分为#1机变、#23机变、#45机变、#67机变四个单元。机组发电通过主变升压后送至220kv开关站，由于地理条件原因，机变布置在主厂房，220kv开关站离主厂房大约有1公里的距离。

2003年3月21日，该厂#1、#3、#5、#7机带负荷运行，7台主变均在运行。突然喇叭响，#1、#5、#7机甩负荷，#1机变、#45机变、#67机变单元各侧开关跳闸，检查无任何保护动作信号，仅#1变、#45变、#67变保护屏上有中转信号，即220kv开关失灵启动主变保护跳闸转换信号。一次设备等均无异常。 2 事故原因查找、分析

2．1 220kv开关失灵启动主变保护跳闸回路如下图所示： 失灵接点 ZJ

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2．2 由以上现象和失灵跳闸回路可以看出，引起#1变、#45变、#67变保护误动应该是共性的原因。因为个性原因不可能引起3个单元同时跳闸。首先还是对保护装置和相关的二次回路进行了详细的检查，未发现异常。到底是什么原因呢？经过认真研究分析和查阅相关资料，发现此现象和王梅义老师的《电网继电保护应用》一书中的一例，由于主厂房和500kv开关站相距较远，二次电缆中对地电容较大交流220v串入直流负极导致500kv线路跳闸类似，即对220kv开关失灵至4个主变单元回路的对地电容进行了测量，测量结果如下：

回路号 07 对地电容 #1主变 0．66 #23主变 0．485 #45主变 0．7 #67主变 0．99 表1 从上表可看出，该电厂220kv至主厂房回路间的对地电容较大，大于王梅义老师的《电网继电保护应用》一书中的例子。随后在作好安全措施的前提下，对四个主变单元的失灵跳闸回路用交流串入直流负极的方法进行模拟试验，试验接线如图2，中间继电器ZJ会抖动而导致主变保护出口继电器动作出口。动作情况见表2。 单元 #1主变 #23主变 #45主变 #67主变 表2

交流电压 100v 158v 125v 120v ZJ动作情况 抖动 抖动 抖动 抖动

图3

注：

ZJ 继电器

Rf+ 直流系统正对地绝缘电阻 Rf- 直流系统负对地绝缘电阻 Cf 电缆对地分布电容

AC 串入直流系统的交流电源 VD 原电路中的二极管 R 新增电阻 C 新增电容

2．3 引起主变保护动作的原因已找到，但是那里来的交流分量呢？对事故时相关的现场工作进行了检查，发现检修一次班组正在做一停役开关的低电压跳闸试验，其直流电源采用自己的一整流装置的直流，检查发现该装置的交流输出分量很大，几乎达到直流分量的一半。那交流分量如何串入直流回路，进一步了解发现一次班组对二次回路不熟悉，做试验时无意中用错把手，把开关的远方、现地切换把手打至远方位置，导致整流装置的直流与运行设备的直流迭加，把交流分量串入运行中的直流负极，从而使主变保护误动作。由于做低电压跳闸试验是从零开始缓慢增加电压，而#23主变单元动作值偏高，因此若串入直流回路的交流值不够的话，其不会动作。这样也解释了为什么#1、#45、#67主变单元保护动作而#23主变单元未动作的原因。 3 采取的措施

由于该厂220kv至主厂房为一公里左右，导致两处间的电缆对地电容很大，且主厂房与220kv开关站共用一套220v直流电源。这样的话，全厂只要任何一处工作不小心，将交流串入直流负极，都将引起保护误动，造成全厂停电事故，因此必须采取措施，防止此类事故的再次发生。但是此类问题目前尚未有可借鉴的经验，在有关技术人员的努力下，经过多次分析、试验，找到了解决办法。即在主变中间继电器ZJ的两端并上电阻、电容电路，取消原电路中二极管，经过试验可以保证继电器不误动。试验接线如图3，接线中取消原电路中的二极管VD（图中虚线部分）。新增一电阻与电容串联后并联于继电器K两端。试验数据如下：

A、模拟直流系统正、负对地电压平衡，分别为+110V、-110V，Rf+、Rf- 相等为10K

AC电源为250V。 Cf(uf) 标注值 测量值 标注值 2．13 1.88 2.28 2．35 3．76 2．85 4．13 500 250 250 3．04 3．4 3．98 4．39 700 1000 微动 动作 500 不动 微动 不动 不动 C(uf) 测量值 2．54 R(Ω) 500 ZJ动作情况 微动

B、模拟直流系统对地电压不平衡，正对地130V，负对地-90V，AC电源为250V Cf(uf) 标注值 测量值 标注值 4.23 C(uf) 测量值 4.63 R(Ω) 250 250 3.04 3.39 4．45 4．9 700 1000 3．76 4．13 250 250 2.82 3.05 3．98 4．39 700 1000 微动 动作 500 微动 动作 微动 不动 不动 500 ZJ动作情况 微动 不动 不动

C、 模拟直流系统对地电压不平衡，正对地２06V，负对地-11V。AC电源为250V

Cf(uf) 标注值 1.88 测量值 2.28 标注值 3.29 2.57 1.41 1.58 2.82 6．55 3．04 3．39 6．77 7．6 250 不动 3.05 7．27 250 250 不动 微动 C(uf) 测量值 3.62 4．13 R(Ω) 250 250 ZJ动作情况 不动 微动

D、取Cf=2.98uf (测量值) R=300Ω ＡＣ为230V时，C=3.61uf时微动,C=3.88时不动.

注：ZJ动作情况栏中为ＡＣ电源串入直流时ZJ瞬间动作情况，稳态时ZJ不动作。

不动：指继电器悬铁未抖动，接点不接通。

微动：指继电器悬铁有微弱的抖动，接点明显未接通。 动作：指继电器悬铁有较大的抖动，接点可能接通。

E、 继电器动作电压测量

R：300Ω C:3.88uf 电压 次数 第一次 第二次 第三次 并二极管（Ｖ） 117.7 119.2 119.0 F、继电器动作与返回时间测量 R:300Ω C:3.88uf 时间 次数 第一次 第二次 第三次 动作时间 并二极管（ms） 22 24 25 并RC(ms) 27 26 27 124 123 124 返回时间 并二极管（ms） 并RC(ms) 262 261 260 并RC(Ｖ) 119.0 118.2 117.5 最后在现场主变保护中间继电器中并联一470欧的电阻和两个0.47微法的电容，经试验串入230v交流主变保护不会误动。 4 结论

4．1 由于二次回路的重要性，运行单位必须加强对所有相关人员对二次知识的学习，提高他们对二次回路知识的掌握和了解，保证二次回路安全可靠的运行。

4．2 上述使用R、C并联的解决方法是一个暂时的方法，其是遏制对地电容的影响，而不是彻底的根除它，同时R、C元件容易损坏。目前随着光纤技术的广泛使用，其具有优良的EMC（抗电磁干扰）特性，若主厂房与220kv开关站的二次电缆采用光纤，保护接点使用光纤接口装置进行转换，这样的话可以真正解决问题。

4．3 对直流系统进行改造，将主厂房和220kv开关站的220v直流电源分开。