MMPR-10H型保护装置外接继电器阻值选择

2016-04-29张林渠王新发

电力安全技术 2016年3期

关键词：选择

张林渠，王新发

(四川广安发电有限责任公司，四川广安 638017)

MMPR-10H型保护装置外接继电器阻值选择

张林渠，王新发

(四川广安发电有限责任公司，四川广安 638017)

〔摘要〕分析了某次6 kV真空接触器合闸在故障设备时发生的开关“跳跃”故障，查明了外接继电器线圈直流电阻过大是造成“防跳”回路不能正常工作的原因。介绍计算外接继电器线圈并联电阻值和选择安全可靠的电阻型号的方法，并提出根据现场实际情况的改进方法，以满足保护防跳功能可靠实现的要求。

〔关键词〕开关跳跃；外接继电器；直流阻值；选择

0　引言

某电厂为4×300 MW+2×600 MW机组，总装机容量2 400 MW，其6 kV电机开关为真空接触器，配备112套MMPR-10H电机综合保护装置。该装置采用新型通用操作回路设计，带有电气“防跳”回路。

某次，运行人员在DCS上进行远方合闸时，开关合闸在故障设备上产生“跳跃”。多次“跳跃”将造成保护越级跳闸，断路器的遮断能力下降，甚至引起爆炸事故，所以确保开关“防跳”回路的可靠性是十分重要的。

1　“防跳”回路分析

MMPR-10H电机综合保护装置原理如1所示，虚线部分为综合保护装置，该装置直流工作电源为直流220 V或110 V。SA为远方/就地切换开关，当SA置于“远方”时，5-6，7-8接点接通，接受“遥控”指令；当SA置于“就地”时，1-2，9-10接点接通，接受就地控制。

1.1开关遥控合闸

运行人员在DCS上发出合闸指令，J4接点接通，该合闸脉冲时间一般为3 s。

动作流程：直流正电源→控制保险1FU→SA (5-6)→84→遥控合闸脉冲J4→85→63→跳闸闭锁常闭接点TBJ1→合闸保持继电器HBJ→二极管→64→合闸中间继电器K1→一次熔断器熔断接点KA→6kV接触器常闭接点QF→控制保险2FU→直流负电源。

动作结果：K1励磁，其常开接点闭合，合闸线圈YC(双线圈)励磁，开关合闸；合闸保持继电器HBJ励磁，HBJ常开接点闭合，61通过该接点向合闸保持继电器HBJ供电，形成合闸保持回路。

1.2开关故障跳闸及“防跳”

当开关合闸在故障设备上，开关保护动作，J1接点接通。按照上述回路分析方法，跳闸中间继电器K2励磁，启动跳闸线圈YT，开关跳闸。开关跳闸的同时，跳闸重动继电器TCJ励磁，其常开接点闭合，通过61向该接点提供电源，接通跳闸闭锁继电器TBJ，TBJ励磁，其接在合闸回路中的TBJ常闭接点打开，切断合闸回路电源，防止开关再次合闸，实现电气回路“防跳”。

2　开关“跳跃”原因分析

由开关“防跳”回路分析，操作员在DCS上发出3 s合闸操作指令时，开关发生“跳跃”，这是由于防跳继电器TBJ未励磁，其常闭接点未断开合闸回路造成的。经进一步分析，认为在开关保护跳闸时，跳闸重动继电器TCJ未励磁，导致未接通防跳继电器TBJ。造成TCJ未励磁的原因可能是：其外部所接的跳闸中间继电器K2线圈电阻值不匹配，需对回路进行直流电阻匹配计算。

图1　MMPR-10H型保护装置原理

3　回路电阻计算与选择

3.1K2并联电阻阻值计算

经查阅相关资料，跳闸重动继电器TCJ型号为JHX-3F-A-1H1D，1.5 V DC，0.056 W；二极管型号6A10，根据该类型二极管特性曲线，获取参数为0.75 V，40 Ω；跳闸中间继电器K2为220 V DC，6.2 kΩ。依据以上数据，跳闸重动TCJ回路电阻计算示意如图2所示。

该保护装置直流电源为220 V，按额定电压计算，此时回路总电流I=U/R=(220-0.75-1.5)V/6.2 kΩ≈35 mA(K2电压取217 V)。回路总电流35 mA，TCJ支路电流约23 mA。TCJ额定动作电流I1=Ue/Re=1.5 V/40 Ω=37.5 mA。

图2　跳闸重动TCJ回路电阻计算示意

显然，TCJ支路电流小于额定动作电流，无法实现正常励磁，造成“防跳”功能失效。为保证TCJ可靠动作，需提高回路总电流，即降低外部跳闸中间继电器K2的阻值。

依据现场实际情况，决定在K2中间继电器并联电阻，满足TCJ动作功率要求，计算过程如下：

并联二极管回路额定电流I2=Ue/Re=0.75 V/40 Ω=18.75 mA；回路总额定电流Ie= I1+I2=37.5+ 18.75 mA=56.25 mA。

在并联电阻R的实际计算中，为确保TCJ动作的可靠性和稳定性，选择电阻时应满足2个条件：

(1)直流电压最低(85 %额定电源电压)时，TCJ能可靠动作；

(2)直流电压最高(110 %额定电源电压)时，能满足TCJ的热稳定性。

按85 %额定电压计算并联电阻R值。回路总电阻：R总=U/Ie=217 V×0.85/56.25 mA≈3.28 kΩ。

依据回路总电阻R总，经计算K2需并联电阻R约为7 kΩ。

按110 %额定电源电压校核TCJ的热稳定性。回路总电流：I总=U/R=217 V×1.1/3.28 kΩ= 72.8 mA。

此时，TCJ回路电流约为48.5 mA，为额定值的1.29倍。因TCJ电流线圈具有一定的过载能力，同时TCJ电流线圈并联的二极管具有非线性伏-安特性，当电源电压升高时，能起调节TCJ中电流的作用，使其在合适范围，故满足TCJ的热稳定性要求。

3.2K2并联电阻功率及型号选择

3.2.1电阻额定功率的选择

选择电阻额定功率时，应考虑正常运行时电阻承受的最大功率，并留有一定裕度。在110 %额定电压时，回路总电流72.8 mA，R分流电流为34.19 mA，其功率为8.18 W。正常情况下，该电阻中电流持续时间短，但为确保在回路异常情况时(如开关拒动)不会出现过热烧损，其功率选择应考虑足够的裕度，可按2倍计算值选择，取16 W。

3.2.2电阻型号的选择

选择电阻型号时，应考虑电阻应用在电机控制回路上，安全可靠运行要求程度高，应选用质量较好的电阻。为满足阻值、功率及现场安装条件的要求，通过市场调研，选定AC-RXLG系列铝壳电阻器(一种采用耐高温有机硅树脂和硅粉的基本材料封装的功率型绕线电阻)，定制7 kΩ/16 W，精度J级(±5 %)，将其作为K2并联电阻。

3.3其他电阻计算

当MMPR-10H电机综合保护装置电源为110 V时，可采用同样方法计算并选择外接中间继电器K2的并联电阻。

4　现场实施情况及改进方案

4.1现场实际实施情况

现场该开关保护装置外接合闸中间继电器K1电阻为3.5 kΩ，满足外接电阻要求，无需并联电阻。

现场该开关保护装置外接跳闸中间继电器K2电阻为6.2 kΩ(曾经过现场技术人员计算并咨询制造厂家)，选择了RX21-10W-10kΩ-J型水泥电阻作为K2的并联电阻，完成了并接工作，恢复了保护“防跳”功能。

4.2水泥电阻选择存在的问题

经过现场专业技术人员的再次计算，原先选择的K2水泥并联电阻虽可满足正常状态下的“防跳”要求，但仍存在以下几点不足。

(1)选择电阻偏大。计算并联电阻阻值时，未按最低电压85 %计算，而是按照额定电压进行计算，故在直流电压降低时“防跳”仍可能失效。

(2)选择功率偏小。当出现跳闸回路异常时(如开关拒动)，并联电阻持续通电，功率裕度偏小就可能过热烧毁，并殃及控制回路。

(3)选用水泥电阻不妥。水泥电阻工作的稳定性和可靠性较低，不适用于要求高的保护控制回路。

4.3暴露的问题

(1)现场技术管理存在漏洞，保护校验未对电气保护装置“防跳”回路进行校验。

(2)技术人员对外接继电器K2的阻值要求重要性认识不足，在标准检修调试项目中，未要求对外接继电器阻值进行测试。

(3)技术人员在选择回路电阻时，对直流电压范围的规定不清楚，对功率、阻值标称值、额定功率标称值、精度等级及具体型号的选择原则不清楚。

4.4纠正措施

(1)保护校验增加对“防跳”回路的校验项目、装置外接继电器K2等的阻值测试项目。

(2)加强培训学习，扩大技术人员的知识面。

(3)可按照本文重新计算的结果，将水泥电阻更换为AC-RXLG-7 kΩ-16W-J型铝壳电阻(定制)。

4.5进一步改进的方案

造成MMPR-10H型保护装置“防跳”回路工作异常的主要原因，是外接跳闸中间继电器K2阻值过大，造成回路电流太小。在现场实践中，选择合适的并联电阻虽能够解决防跳问题，但增加了元件和故障几率。

后经研究，决定将外接跳闸中间继电器K2换型作为进一步改进的方案。根据上述计算结果，K2阻值应选择为3.28 kΩ。K2现有型号为：CJX2-0910，220 V DC，实测电阻6.2 kΩ，阻值过大；K2更换型号为：GSC1(CJX4-d)-098Z，220 V DC，实测电阻为3.2 kΩ，能满足防跳回路需求。该厂将结合机组检修情况安排改进计划，对K2逐一进行更换。