长电缆分布电容导致保护回路误动分析.pdf

29电力安全技术第25卷(2023年第6期)长电缆分布电容导致保护回路误动分析王永卫，杨艳平，梁绍泉(山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安 271000)Analysis on the Protection Mal-operation due to Distributed Capacitance of Long CablesWANG Yongwei,YANG Yanping,LIANG Shaoquan(Shandong Taishan Pumped Storage Power Station Co.,Ltd.,Taian 271000)摘 要 通过某抽水蓄能电站在静止变频器改造过程中出现的保护跳闸事件进行分析，查找出该事件为保护跳闸回路长电缆分布电容较大所引起，同时提出针对性的防范措施以保障设备安全稳定运行。关键词 抽水蓄能电站；长电缆；分布电容；保护误动Abstract:By analysis on a protection trip event during the transformation of a static frequency converter in a pumped storage power station,it is find out that the event is caused by the large distributed capacitance of the long cables of the trip circuit,and the corresponding preventive measures are proposed to ensure the safe and stable operation of the equipment.Key words:pumped storage power station;long cable;distributed capacitance;protection mal-operation中图分类号:TM246 文献标识码:A 文章编号:1008-6226(2023)06-0029-03抽水调相工况并网试验，SFC 输入开关 ICB2 合闸后立即跳闸，造成 SFC 拖动过程启动失败。系统报警信息如下。(1)监控系统报警信息：10:02:58.660，监控 系 统 显 示“ICB2 ON COMING”(ICB2 合闸)；10:02:58.886，监控系统报出“SFC TRIP COMING”(SFC 跳闸)；10:02:58.938，监控系统 显 示“ICB2 OFF COMING”(ICB2 分 闸)；10:02:58.938，监控系统报出“ICB2 Feedback failure COMING”（ICB2 反馈故障）。(2)静止变频器现场报警信息：10:02:58，MT_ProtFlt(主变压器保护动作跳闸)。2原因分析2.1跳闸回路分析基于报警信息并结合 ABB SFC 系统控制逻辑和电气回路图，确认 1，2 号主变压器保护动作触发了 SFC 跳闸。对主变压器保护跳 SFC 二次回路0引言由于受空间等客观因素限制，抽水蓄能电站的设备布置较为分散且使用长度较长的控制电缆互联。当各保护回路之间距离较长时，电缆芯线对地分布电容较大，分布电容会对保护装置造成干扰，使设备不能正常运行，甚至会造成连接长电缆的保护直跳回路误动出口。长电缆分布电容引起故障具有随机性，原因查找比较困难。因此，以某抽水蓄能电站静止变频器(static frequency convertor，SFC)在控制系统改造调试期间出现的一起保护跳闸事件进行分析，探讨保护装置之间长电缆的分布电容对保护出口回路的影响，查找故障根源并提出解决措施。1故障现象2020-04-14T10:02:58，该 抽 水 蓄 能 电 站SFC 控制系统升级改造后进行 SFC 拖动 2 号机组第25卷(2023年第6期)电力安全技术30进一步分析可知，当 SFC 系统拖动 1，2 号机组抽水调相工况启动时，控制单元 LCU6 内机组选择继电器 K404 保持带电吸合，其辅助触点串入主变保护跳 SFC 回路中。若启动过程中 1，2 号主变保护动作，将直接通过硬接线跳 SFC。该抽水蓄能电站在 SFC 控制系统升级改造时，除了将 ABB SFC 控制系统升级外，还新增一套国产 Nari SFC 系统，以实现 SFC 系统冗余运行，以进一步提升 SFC 系统的可用率。因此，为保证SFC 外部二次信号的切换，现场新增了二次信号切换柜，确保外部信号随主用 SFC 装置的切换而同步切换。对 SFC 二次信号切换柜主变保护跳 SFC回路进行分析：当电站 1 号或 2 号主变保护动作时，图 1 中继电器 KS6 线圈带电，若此时 ABB SFC作为主用，切换继电器常开触点吸合，将 KS6 常开辅助触点接入 SFC 跳闸回路，ABB SFC 装置跳闸；反之，若 Nari SFC 作为主用，切换继电器常开触点吸合，将 KS6 常开辅助触点接入 SFC 跳闸回路，Nari SFC 装置跳闸。图 1主变压器保护跳 SFC 回路2.2问题排查SFC 跳闸时，就地 1，2 号主变压器保护装置均无保护出口动作信息，因此可排除主变保护动作导致 SFC 跳闸的可能。为了进一步找到故障原因，运检人员在 SFC 二次信号切换柜中 KS6 线圈的负电侧引出电压信号至故障录波器进行监视，录波显示：SFC 再次启动 2 号机组时，1 号或 2 号主变压器保护跳 SFC 继电器 KS6 负电侧线圈电压出现突降，之后再缓慢上升至额定电压 DC 110 V；SFC出现跳闸故障时，该电压突降尤为明显，电压由DC 110 V 突降至 DC-70 V，此时 KS6 线圈两侧电压差达到 180 V。2.3原因分析(1)二次信号切换柜中 KS6 故障，SFC 启动时线圈误吸合导致 SFC 跳闸。(2)与 KS6 相连的电缆绝缘偏低，导致跳闸回路出现接地故障。(3)与 KS6 相连的保护跳闸回路电缆较长(实际总长约 400 m)，对地分布电容较大，控制单元LCU6 中机组选择 K404 动作瞬间，对长电缆进行充电，导致 KS6 线圈两侧压差过大造成误动作。3故障验证(1)对 KS6 进行校验，动作电压为 DC 138 V，为额定电压的 62.7%，满足 55%70%额定电压动作要求；将 KS6 与 KS5 线圈接线对调，在KS6 及 KS5 线圈负电侧录波：SFC 启动 2 号机组时，发现 KS5 负电侧发生电压突降，KS6 负电侧电压正常，判断 KS6 正常，跳闸原因在主变保护跳 SFC 回路上。(2)测量与 KS6 相连的各段电缆芯线间及芯地间的绝缘电阻，均在 100 M 以上，可排除电缆绝缘不良。(3)上述 2 项排除后，引起跳闸的最大可能就是回路电缆较长，分布电容较大，K404 动作瞬间，电缆充电电流较大，KS6 负电侧电压突降，导致继电器误动进而造成 SFC 跳闸。根据电容充放电规律，电容两侧电压不可能突变，即两次充电时间间隔越短，则继电器负电侧电压下降越小，反之两次充电时间间隔越长，则继电器负电侧电压下降越大，继电器动作的可能性也越大。为验证上述判断，用短接线短接 K404 的常开辅助触点(11，14 端子)，试验录波显示两次短接时间间隔越短，则录波得到的 KS6 负电侧电压下降越小，反之越大。该现象与电容器充放电规律完全一致，至此，基本可确定故障原因为保护跳闸回路电缆较长，分布电容较大引起的。4处理过程为解决上述问题，对主变保护动作跳 SFC 回路进行简化，如图 2 所示。当 SFC 系统启动电站 1 号或 2 号机组时，192120KS5 线圈KS6 线圈接 X05:571外部故障跳闸 A(外部引入)主变差动跳闸 A(外部引入)主变差动跳闸令外部故障跳闸令外部故障跳闸 B(外部引入)主变差动跳闸 B(外部引入)接 X05:572DC 220 VDC 220 V+DC-DC2231第25卷(2023年第6期)电力安全技术K404 吸合，其辅助触点闭合，由于 K404 与主变保护装置之间的控制电缆距离较长，对地分布电容较大，当继电器辅助触点闭合瞬间，该电缆较大的充电电流与 KS6 偏小的动作功率共同作用，使KS6 误动作，从而导致 SFC 跳闸。图 2主变保护动作跳 SFC 简化示意针对该问题，将图 1 中接线端子对调，原 21号端子由 X05：571 改为接 X05：572，原 22 号端子由 X05：572 改为接 X05：571，如图 3 所示。图 3优化后的主变保护动作跳 SFC 简化示意当 SFC 启动电站 1 号或 2 号机组时，K404 闭合，但由于此时 1 号(或 2 号)主变保护未动作，因此 KS6 线圈负电侧电压不会因长电缆的瞬时充电而导致电压降低，从而避免了继电器误动作导致SFC 跳闸故障的现象。回路优化后，SFC 启动 300 余次，均未出现上述误动作类似问题。同时，为进一步降低保护误动的可能性，运维人员将此类型的继电器更换为启动功率大于 5 W 的大功率继电器，以提高回路的抗干扰能力。5防范措施长电缆分布电容对保护回路的影响，取决于电缆对地分布电容值和继电器的动作值，其防范措施主要从三方面考虑：减小二次电缆的分布电容、选用动作值较高的继电器以及尽量避免外界因素对保护回路产生的干扰。抽水蓄能电站一旦建成，一次设备的位置基本固定，二次电缆的长度也随之确定，因此，改变电缆对地分布电容值以及消除外界因素的影响是很困难的。建议重点采取以下两种措施进行防范。(1)对 SFC 二次信号切换柜接线进行优化，避免投切长电缆瞬时造成继电器误动，进而导致保护误动。(2)对涉及长电缆且直连保护出口跳闸回路的中间继电器进行仔细排查，更换为大功率继电器(大于 5 W)并定期进行校验。6结束语针对一起抽水蓄能电站保护跳闸回路内长电缆分布电容造成出口回路误动事件，综合分析各方面的影响因素，并试验验证。通过采用线路优化、继电器重新选型等措施，避免了长电缆分布电容对保护回路的影响，确保设备安全稳定运行。此外，提出在电气保护回路设计时，要合理选型对于涉及直接跳闸的继电器要选用启动功率大于 5 W 的大功率继电器，避免出现保护误动现象。参考文献：1 翁 文长电缆控制回路分布电容分析及故障处理机 电技术，2012(6)：78-81.2 吴剑鸣，严 正控制电缆的分布电容对继电保护的影 响及防范措施电力自动化设备，2007，27(11)：115-119.收稿日期：2022-10-12；修回日期：2022-12-20。作者简介：王永卫(1987)，男，工程师，主要从事抽水蓄能电站运行与维护工作，email：。杨艳平(1982)，男，高级工程师，主要从事抽水蓄能电站运行与维护工作。梁绍泉(1985)，男，高级工程师，主要从事抽水蓄能电站运行与维护工作。机组选择继电器主变保护动作跳 SFC继电器 KS6此段电缆很长，总长约 400 m，对地分布电容较大，此电容为示意图接录波器 V3电压通道1 号或 2 号主变保护动作干接点+DC 110 VK404-DC 110 V机组选择继电器主变保护动作跳 SFC继电器 KS6此段电缆很长，总长约 400 m，对地分布电容较大，此电容为示意图接录波器 V3电压通道1 号或 2 号主变保护动作干接点+DC 110 VK404-DC 110 V