变配电室直流系统接地故障分析及防范措施

金世强 樊银涛

河北钢铁集团矿业有限公司机电检修分公司 河北 唐山 063700

一、事故概述

研山铁矿辊磨配电室近期发生多次直流系统接地故障,2021年2月24日综保装置和后台频繁出现外部合闸和外部分闸动作,部分高压柜出现断路器分位、变压器非电量信号动作、分合位监视继电器动作,筛分车间变压器跳闸。

二、事故分析

2月24日高压辊配电室,GY1-1皮带和16#皮带(确定设备)等多个设备出现多处绝缘不良,造成直流系统多点接地,造成综保装置和断路器误报、误动、拒动等危害设备和人身安全的严重后果。辊磨配电室多条皮带出现绝缘不良,造成直流系统多点接地,是造成此次事故的主要原因。

三、事故原因

1.高阻多点接地引起综保装置误报。

辊磨配电室多台综保装置频繁出现外部分合闸信号动作,该信号由综保装置F9和F6端子驱动,直流正极经端子进入综保装置后,对应两种元器件分合闸继电器和光电耦合管,分合闸继电器作用于断路器分合闸线圈,光电耦合管用于综保装置和后台外部分合闸信号报警,分合闸继电器驱动电压较高,光电耦合管驱动电压为额定电压的60%,直流系统任何一台高压柜出现正极接地,综保装置F6和F9前端出现高阻接地后,光电耦合管就会驱动,造成综保装置误报。

2.容性电流和交直流串扰引起综保装置误动及误报。

(1)直流回路接地时情况分析。变压非电量保护动作的四个开关量输入和高压柜去现场的信号,使用的控制电缆较长,存在一定的分布电容。电容为控制回路电缆分布电容的等值电容,电缆越长,此分布电容越大,其放电容量越大。由于电容两端电压不能突变,在接地的瞬间就会形成环流,此电流为分布电容的放电电流。该电流为一典型的逐步衰减的直流波形,等值电容Cf越大,即控制电缆越长、电容的放电时间越长。

(2)交直流串扰问题分析。交直流串扰问题实质上也是直流回路一点接地问题,因直流系统是通过绝缘监察装置接地的,正常运行时正负极不允许接地。而交流系统有地线,一旦交直流发生串扰,就会相应形成直流回路一点接地。由以上分析可知,是相同的原因引起保护误动作的。因此,继电保护操作回路中不允许交直流有公共接线点,以免引起交直流干扰。正常运行时,直流系统绝缘良好,单一的直流耦合在跳闸继电器中分压很小,不足以使跳闸回路误跳闸。

由于保护的动作信号继电器与跳闸中间继电器之问通常有二极管隔离,此二极管对交流电压起整流作用,由于交直流的串扰将220 V交流电压直接加入直流跳闸回路,而直流跳闸回路的二极管将对此交流电压进行半波整流,变成脉动电压,交流电压对控制电缆分布电容C的充放电过程将使脉动电压趋于连续的电压,此时跳闸中间继电器的端电压为U=U1+U2,跳闸中间继电器的端电压,一般情况下会远大于(0.55-0.60)U,即远大于中间继电器的跳闸电压,提高继电器的动作功率很难解决,因此对于直流控制回路严禁交流混接。

研山辊磨配电室筛分变压器综保装置,非电量信号同时动作,断路器跳闸。综保装置分合闸回路和非电量回路中使用的光电隔离元件,最灵敏的导通电流仅1.4m A,因此无法完全避免由于使用较长控制电缆在发生直流回路一点接地或交直流串扰故障时,由于电容电流造成的综保装置误报及非电量保护误动作情况。

3.直流系统多点实接地引起综保装置和断路器误动、拒动。

(1)直流系统正极多点实接地造成综保装置误动。

直流系统中任何一台高压柜发生正极实接地后,综保装置外部分合闸端子前端发生实接地,该综保装置内的分合闸继电器就会被驱动,断路器发生分合闸动作,出现误动严重后果。

(2)直流系统负极多点实接地造成断路器拒动。

直流系统中任何一台高压柜发生负极实接地后,高压柜断路器的分合闸线圈前端发生实接地,该断路器的分合闸线圈就会被短接,造成断路器拒动严重后果。

(3)直流系统正负极接地电源开关跳闸,配电室控制系统失电。

直流系统中负载前段同时发生正负极实接地后,对于直流系统母线来说,就是短路,直流屏电源开关跳闸,造成整段直流电源母线失电。高压系统控制电源缺失,若不及时处理,造成综保装置保护失效、无法分合闸等严重故障。

本次事故主要原因是由于现场设备多点接地,造成多台综保装置误报,变压器非电量误动。直流系统是高压供电系统的重要部分,直接影响配电室的稳定运行。

四、预防措施

1.加强设备维护保养。维修电工要及时对设备进行保养维护,对绝缘损害的控制电缆及时进行更换,现场裸露设备做好防水处理,对易发生绝缘损坏的地方要加强日常巡视,发现问题及时处理。

2.各级单位重视直流系统接地故障,及时发现及时处理。配电运行人员发现接地故障后及时通知各单位相关人员,并说明故障影响范围及可能造成的后果,维修人员及时到达现场,查看直流屏运行数据,评估接地点可能造成的影响,在条件允许的情况,及时处理故障,防止故障范围扩大化,造成严重事故。

3.变配电室直流系统电源改造。高压配电室直流供电系统进行改造,加装隔离变压器,实现高压配电室与现场设备电源隔离,现场设备采用交流不接地系统,加装绝缘监测,运行方式与改造前相同,不影响设备的稳定运行,现场设备接地后对配电室的直流系统不造成任何影响,根本解决该配电室易发生接地故障的现状,保障了配电室设备的稳定运行。

结语

综上所述,本文结合对研山铁矿辊磨配电室接地故障的原因分析,提出几点防范措施,希望能够为同类事故和故障提供一些有效的建议和意见,以此保障变配电室的安全稳定运行。