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发电机出口开关控制回路的一种特殊故障及其处理

    摘  要：云浮发电厂1号发电机出口开关控制回路出现一种特殊的故障现象，自动准同期合闸有时失败且合闸失败时在某些继电器接点上产生强烈的电弧。为此，对故障原因进行了分析，根据设计原理和逻辑分析，通过模拟试验和电压录波测量，查找出故障原因是计算机分散控制系统(DCS)逻辑设置不合理，造成DCS与传统的电气控制回路不配合。最后提出了整改措施：加装防跳继电器增强断路器的防跳跃功能，在DCS手动跳闸逻辑出口中引入发电机同期开关退出的条件。
    关键词：发电机；分散控制系统；电气控制回路；合闸；分闸；同期
    广东省云浮发电厂1号发电机组为国产125 MW发电机组，其控制系统采用了川仪ˉ哈特迈布朗公司的CONTRONIC-S型计算机分散控制系统(DCS)，发电机出口开关是SN4型少油断路器，为沈阳高压开关厂20世纪80年代的产品，自动准同期装置采用较为常见的许继电气公司生产的ZZQ-5型自动准同期装置。
    云浮发电厂1号发电机组控制系统在进行DCS改造时，将发电机出口开关的电气控制系统纳入了DCS中，原有的电气控制部分仅保留同期检查继电器KY和ZZQ-5型自动准同期装置等。回路原理图如图1所示。
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1故障现象
    在发电机同期回路检查试验过程中，利用手动同期合闸，发电机开关每次均能正确合闸。而在进行自动准同期合闸试验时，却有时成功有时失败，而且在合闸失败时，会在合闸回路的合闸继电器的合闸接点KCL或KY接点打开时产生强烈的电弧，烧毁继电器接点。

KY—同期检查继电器；KMC—手动合闸继电器；KMO—监视继电器；KM—接触器；KCL—合闸继电器接点；Y2—跳闸线圈；QF1—断路器；QA—自动开关；SSM—解除手动准同期开关；SB1—合闸按钮开关；Q—灭磁开关；SB2，SB3—紧急跳闸按钮开关；XB1—连接片；1FSYNOK—发电机同期开关SSA2和SSM等的DCS控制开关；801CB1RD—发电机开关手动合闸的DCS控制开关；1FSYNDTK6—发电机自动准同期DCS控制开关；801CB1TD—发电机手动跳闸的DCS控制开关
2故障分析
    我们对发电机自动准同期回路进行了详细的检查，确认该回路符合设计原理，并无寄生回路。
    根据设计原理和逻辑分析，由于发电机开关在用DCS手动操作合闸时每次均能正确合闸，故初步认为控制回路中的跳闸回路应无明显的跳闸脉冲。由于发电机开关是20世纪80年代的产品，且操作行程较长，造成合闸时间达到670 ms，故判断有可能是KY和KCL接通时间配合不好，造成所发合闸脉冲较短，不能满足断路器合闸要求，而且合闸接触器KM的线圈直流电阻约为1 800 Ω，这相当于一个大电感，当合闸失败后，KY或KCL打开时会产生较大的反电势，造成继电器接点拉弧。因此，我们在KM的线圈上并入了由反向二极管与电阻组成的消弧装置，用以消除继电器接点拉弧现象，并再次模拟自动准同期合闸试验，分别对KY的接点、KCL以及KM的线圈的电压进行录波测量。
    由所录得的波形结果分析，KY的接点接通时间约为2.5 s，KCL的接通时间约为1.0 s，均能满足断路器合闸需要，KM线圈的电压也达到了直流220 V全电压，并且在合闸失败的过程中并无非常大的反电势产生，但KCL仍存在拉弧现象。从录波图中发现，在断路器合闸失败过程中，当KCL打开并产生拉弧时，在该接点断口处竟录得约500 V的瞬时电压，这就让我们对该电压是如何形成的产生疑问。
    从图1分析，既然KM处无大的反电势，且无其他寄生回路，那么KCL断口处的瞬时电压就极有可能与断路器跳闸线圈Y2的回路有关，故我们再次进行模拟试验，并对Y2的线圈电压进行录波观察。当断路器合闸失败时，在Y2的线圈上果然出现了直流220 V的瞬时电压。从图1分析，当断路器合闸时，断路器跳闸线圈收到了跳闸脉冲，断路器动作。跳闸线圈动作后，Y2的机械防跳常开接点闭合，常闭接点打开，而Y2的线圈直流电阻仅为50 Ω，这就造成回路有4.4 A的电流，当KCL或KY接点断开时，产生强烈的电弧，烧毁继电器接点。
    为查明跳闸脉冲是从何支路串入的，而且为什么在手动合闸时没有出现，而在自动准同期合闸时才会偶尔出现的原因，我们在控制回路中的5个跳闸支路中分别串入5个10 Ω的电阻进行录波监视。从录波结果可见，该跳闸信号是由DCS控制的手动跳闸回路中发出的约800 ms的脉冲信号，故认为该跳闸信号与DCS的控制逻辑有关。因此对DCS控制逻辑进行了详细的分析，发现DCS的控制逻辑与电气自动准同期合闸在配合上存在较大的问题。当DCS控制手动断路器跳闸后，断路器跳闸的反馈信号送至DCS作为状态确认信号，若CPU主机未经确认就清零复位，当断路器不经DCS控制而合闸时，DCS控制逻辑则判断为断路器被误合，将发出跳闸脉冲，断路器动作。由此可见，自动准同期合闸失败的原因是DCS控制逻辑设置不合理。
3整改措施

    为确保发电机开关能够顺利完成自动准同期合闸，避免由于其他原因造成合闸失败而损坏继电器，我们采取了以下整改措施：
    a) 发电机开关控制回路中的防跳跃功能是采用断路器跳闸线圈的机械接点，这不符合设计规程的要求，而且容易损坏继电器。因此取消了Y2的机械接点，采用加装防跳继电器KCF的方式来增强该断路器的防跳跃功能。
    b) 为确保发电机在进行自动准同期并网合闸时不受其他方面的影响，将DCS的控制逻辑进行了修改，在DCS手动跳闸逻辑出口中引入发电机同期开关退出的条件，即在进行发电机同期并网时闭锁手动跳闸出口，但其他保护跳闸出口均保留原逻辑。采用以上整改措施后，我们进行了多次试验，发电机开关自动准同期合闸正确，发电机开关的防跳跃功能良好，而且保护均能正确跳闸。
4结束语
    随着发电厂自动化控制水平的不断提高，计算机DCS的应用越来越广泛，而且在应用中每一个细微的环节都是至关重要的，稍微一点疏忽都可能引发一系列的问题，因此，要求电气专业与热工自动控制等专业的配合要更为密切，要加强技术交流，以防止类似故障出现。
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