智能電網(wǎng)：交流串入直流回路故障原因的分析與處理

 一、故障分析與處理

2009年7月20日，電廠開6號(hào)機(jī)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)中央控制信號(hào)屏“直流系統(tǒng)故障”光字牌亮，直流監(jiān)控屏上“直接接地”燈亮，切換“+”對(duì)地電壓為220V、“-”對(duì)地電壓為0V，很顯然是負(fù)電源直接接地，運(yùn)行人員通過臨時(shí)斷路法確定接地點(diǎn)在6KV五段開關(guān)的控制電源上，而6KV五段的控制小母

線主接線圖如圖1所示。

繼保人員對(duì)6KV五段控制電源進(jìn)行了檢查。首先拉開刀閘K4，直流接地仍存在，初步判斷接地點(diǎn)未在6KV五段11，然后拉開刀閘K3，直接接地消失，因此判斷，在6KV21控制電源上肯定存在一接地點(diǎn)，于是進(jìn)行如下操作：將6KV21控制小母線上的各路開關(guān)控制保險(xiǎn)依次取下后檢查，結(jié)果直流接地仍然存在，由此看來接地點(diǎn)可能在保險(xiǎn)的上端頭引線上或在控制小母線上。于是將控制小母線至熔斷器的引線的端子排連線依次解除后再檢查，結(jié)果直流接地仍未消失。根據(jù)排除法，該直流接地點(diǎn)有可能在KM小母線上，而6號(hào)機(jī)組在運(yùn)行，6KV五段母線也正在運(yùn)行，且該小母線完全封裝在開關(guān)屏的頂部，無法對(duì)KM小母線進(jìn)行檢查，至此，直流接地查找工作只好暫停。 不久，運(yùn)行人員反映，部分6KV開關(guān)一操作就燒控制保險(xiǎn)，有些連跳閘線圈都燒壞，在一個(gè)運(yùn)行班內(nèi)排粉機(jī)的控制保險(xiǎn)就燒了三次，跳閘線圈燒了一次，其他磨煤機(jī)、給水泵等均有類似現(xiàn)象，當(dāng)班的電氣運(yùn)行人員整天忙于換保險(xiǎn)。

分析認(rèn)為，燒保險(xiǎn)和跳閘線圈應(yīng)是直流接地引起的，于是組織繼保人員對(duì)發(fā)生直流接地前后情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其情況歸納如下：

1、6KV五段內(nèi)的小車開關(guān)為標(biāo)準(zhǔn)式開關(guān)可相互替換，在6號(hào)機(jī)開機(jī)前，小車開關(guān)集中一處，進(jìn)行了一次檢修和清掃，故開機(jī)時(shí)，推入各開關(guān)柜的小車開關(guān)大部分已變換位置;

2、在開機(jī)時(shí)，出現(xiàn)直流接地;

3、6號(hào)機(jī)運(yùn)行中，凡進(jìn)行操作的開關(guān)，其控制保險(xiǎn)熔斷、跳閘線圈燒壞較頻繁;

4、中央控制屏各有關(guān)直流接地的光字牌均微亮;

5、直流監(jiān)察屏電壓指示不正常，指示值有400V-440V，跟隨時(shí)間變化而變化，而事故剛開始時(shí)誤認(rèn)為監(jiān)察屏有故障;

經(jīng)過上述情況比較分析后，判斷有可能是交流電串入直流回路所致，為證實(shí)推斷，用萬用表的交流檔測(cè)量正、負(fù)直流的交流電壓均為220V，這說明直流監(jiān)察屏顯示的電壓是正確的。而且交流電源就在6KV21段內(nèi)，于是對(duì)6KV21段內(nèi)的所有斷路器的接點(diǎn)和回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)只有送風(fēng)機(jī)小車開關(guān)的接點(diǎn)與交流回路有關(guān)連，如圖2所示。

圖中甲、乙送風(fēng)機(jī)均引兩對(duì)空接點(diǎn)SF至上圖所示的給粉機(jī)甲、乙控制回路中，甲送風(fēng)機(jī)位于6KV五段21，乙送風(fēng)機(jī)位于6KV五段22。如甲送風(fēng)機(jī)引入的空接點(diǎn)SF在斷路器內(nèi)部有一線與斷路器的控制電源負(fù)電源相連，則交流串入直流回路的可能性就較大。于是首先拔下送風(fēng)機(jī)甲小車開關(guān)的二次插頭，用萬用表交流檔測(cè)量直流母線電壓，發(fā)現(xiàn)仍有220V交流電壓存在，而此時(shí)再拉開圖1中刀閘K2時(shí)，則直流回路的交流電壓消失。這就是說在6KV五段22中也有一交流串入直流回路中，這正是為什么6KV五段21控制保險(xiǎn)依次取下時(shí)，直流接地仍然存在的原因。按上述操作步驟，將送風(fēng)機(jī)乙和送風(fēng)機(jī)甲小車開關(guān)的二次插頭同時(shí)取下，再測(cè)量控制小母線的交流電壓，此時(shí)交流電壓為0，同時(shí)直流接地信號(hào)消失。

因此斷定甲、乙送風(fēng)機(jī)引入給粉機(jī)操作回路的兩對(duì)空接點(diǎn)，均在斷路器內(nèi)端子排與負(fù)電源相連是成立的，于是將送風(fēng)機(jī)的開關(guān)柜替換出來，打開小車開關(guān)柜后部的面板，果然發(fā)現(xiàn)這兩臺(tái)開關(guān)引至給粉機(jī)回路的空接點(diǎn)均有一根連線與負(fù)電源相連，最終檢查6KV五段內(nèi)所有小車開關(guān)，只有這兩臺(tái)小車開關(guān)的空接點(diǎn)與負(fù)電源相連。

二、交流串入直流回路故障分析

在發(fā)電廠，由于直流供電范圍大，饋線電纜長，因而電纜對(duì)地阻抗等效為電阻與電容的并聯(lián)回路;又因電纜運(yùn)行年代久，當(dāng)運(yùn)行濕度較高時(shí)，直流母線對(duì)地電容將增大，其絕緣電阻也會(huì)降低。圖3畫出了交流串入直流回路的等效電路。

圖中C1、C2為直流母線對(duì)地的等效電容，通常情況下C1與C2基本相等;R1、R2為直流母線對(duì)地電阻，大小也基本相等;C為母線間的等效電容。

2.1為什么在直流母線負(fù)極串入交流后，其負(fù)極對(duì)地直流電壓為0V呢?

由于交流串入直流回路，而三相交流電為中性點(diǎn)接地系統(tǒng)。當(dāng)單相交流電與直流母線負(fù)極相連后，通過C2大電容就相當(dāng)于短路，其等效電路如圖4所示。故此時(shí)用萬用表直流檔測(cè)量負(fù)極母線電壓，當(dāng)然是為0V。也就是說此時(shí)的直流母線負(fù)極對(duì)地等效電阻為0。

2.2為什么在直流母線負(fù)極串入交流后，其正、負(fù)極對(duì)地交流電壓均為220V呢?

根據(jù)線性電路疊加原理可知，其交流等效電路應(yīng)采取如下方法簡(jiǎn)化，直流電源220V相當(dāng)于短路，這樣相當(dāng)于直流正、負(fù)母線同時(shí)接入交流電源，因而直流母線對(duì)地的交流電壓應(yīng)均為220V。

2.3為什么在直流母線負(fù)極串入交流后，中央信號(hào)屏的光字牌會(huì)微亮呢?

這是因?yàn)橛写箅娙軨1、C2的存在，220V交流電源通過直流母線、光字牌燈泡、大電容C1、C2和大地形成通路，這時(shí)在電容上分擔(dān)了大部分交流電壓，光字牌燈泡上的電壓分量較小，故中央信號(hào)屏光字牌會(huì)微亮的緣故。

通過上述分析可知：一旦交流串入直流回路后，相當(dāng)于在直流母線直接接地的基礎(chǔ)上施加了一個(gè)交流電源，因此其危害性比直流電源直接接地還要大，會(huì)造成操作回路保險(xiǎn)熔斷，跳、合閘線圈燒壞。同時(shí)使直流母線的紋波系數(shù)大大增加，遠(yuǎn)超過反措小于百分之五的要求。還會(huì)對(duì)微機(jī)保護(hù)、自動(dòng)化裝置造成不良影響和誤動(dòng)，因此出現(xiàn)這類故障時(shí)，應(yīng)盡快排出。

三、結(jié)語

3.1當(dāng)有直流接地時(shí)，且出現(xiàn)部分光字牌微亮和經(jīng)常燒控制保險(xiǎn)及燒跳、合線圈時(shí)，應(yīng)首先考慮是否有交流串入直流回路的可能。簡(jiǎn)單的方法是用萬用表交流檔測(cè)量直流母線對(duì)地交流電壓;

3.2采用斷路法和取下保險(xiǎn)法判斷直流接地部位時(shí)，應(yīng)考慮有兩點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地的可能，防止查找工作誤入岐途。如果設(shè)備正在運(yùn)行，在拉斷直流電源前，應(yīng)及時(shí)與運(yùn)行人員交待清楚，同時(shí)拉閘時(shí)間不能過長，以避免設(shè)備故障時(shí)，保護(hù)不能正確出口動(dòng)作。

3.3對(duì)6KV高壓柜小車開關(guān)應(yīng)編號(hào)對(duì)號(hào)入座運(yùn)行，這樣能保障設(shè)備運(yùn)行的安全;

3.4查找直流接地時(shí)，切記無目的地進(jìn)行拉斷電路，應(yīng)了解直流接地前后，系統(tǒng)工作的狀況以及其他有關(guān)信息。比如：該直流回路是否運(yùn)行和工作，回路有否異常情況等。再根椐現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)作出準(zhǔn)確的判斷。