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一打雷,ETS动作了,原因在于电缆接地!
点击次数:119 发布时间:2022-05-20

一打雷,ETS动作了,原因在于电缆接地!

[摘要]针对一起雷击导致汽轮机ETS 电跳机信号回路受干扰,使机组误跳闸的事故案例,从ETS 跳闸原理、跳闸时的数据及事后的试验数据等方面,分析汽轮机ETS 电跳机回路设计存在的不足,并提出防范措施,以降低雷击对ETS 电跳机信号的干扰。


饶文勇/文  广东省粤泷发电有限责任公司

引言


某机组选用 N125-135-535/535 型超高压、 中间再热、冷凝式汽轮机和 QFS-125-2 型双水冷 汽轮发电机。ETS ( emergency tripsystem,汽轮 机危急遮断保护系统 ) 采用由上海汽轮机厂配套的 控制系统,该系统使用的是施耐德*康可编程控制器 PLC。

 

事件经过

 

2016 年 9 月,机组正常运行,负荷 120MW。当时暴雨,并伴有雷电,因厂区附近遭受雷击,导 致机组跳闸,负荷降到 0,汽机主汽门关闭,发变组开关分闸,锅炉 MFT ( main fuel trip,主燃烧 跳闸 )灭火停炉,汽轮机未出现转速飞升。检查机 组 SOE ( sequence of event,事件顺序记录系统 ) 记录,显示汽机主汽门关闭,ETS 跳闸首出逻辑显 示为发变组开关跳闸。按照事件的推理,SOE 记录顺序应该是:发变 组开关跳闸;然后 200ms 后,记录汽轮机主汽门 关闭。但根据当时的 SOE 记录,无法判断机组跳 闸的真正原因。

 

2 ETS 电跳机保护回路接线

 

 ETS 电跳机保护回路接线如图 1 所示。ETS 电跳机保护信号直接取自升压站发变组开关辅助接 点,通过控制信号电缆将开关接点信号接入 ETS 装置 ; 经过汽轮机 ETS 逻辑判断后,触发汽轮机跳闸,发出发变组开关跳闸至 SOE 记录,同时 ETS 首出逻辑记录:发变组开关跳闸。其中,控制信号电缆长度为 260m,ETS 装置 DI 通道的扫描 电压为 24V

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3 ETS 电跳机保护逻辑原理

 

ETS 电跳机保护逻辑原理如图 2 所示。根据图 2中逻辑分析可知,发变组开关接点信号进入 ETS 装置后,不通过任何逻辑运算即直接输入 SOE 进 行记录; ETS 首出逻辑及 AST 跳闸逻辑均设计有 自保持回路,逻辑一旦检测到发变组开关分闸信号 后,即进行信号自保持。

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试验分析

 

4.1 发变组开关分闸信号

经 ETS 装置执行时间测试 对发变组开关跳闸信号经 ETS 装置至 SOE 记 录的时间进行试验,试验接线如图 3 所示。试验情况:从 ETS 接收发变组开关跳闸信号 到 SOE 记录至少耗时 9ms

 

根据试验可知,当干扰信号持续时间小于 9ms 时,SOE不会记录发变组开关跳闸;但持续 时间小于 9ms 的干扰信号,会因 ETS 逻辑设置了 自保持回路而触发汽轮机跳闸。所以,SOE 应该 先记录汽轮机主汽门关闭,间隔 30ms 后再记录发 变组开关跳闸 (来至 ETS )。

 

 4.2 ETS 电跳机保护信号电缆测试

发变组开关辅助接点至汽轮机 ETS 电跳机保 护信号电缆使用的是ZR-KVV22P2 铠装屏蔽控制 电缆。测试屏蔽接地电阻为 5Ω,单端接地,其中 一端在 ETS 装置接地,一端在发变组开关端子箱 悬空。但电缆单端接地只能防静电感应,不能防磁场强度变化所感应的电压,无法阻碍雷电波的侵入。

 

 4.3 录波分析

电气录波如图 4 所示。可以看出,在机组跳闸 前主变高压侧 3U0 电压出现剧烈波动,但发电机机端电流 I a,I b,Ic 未出现异常。出现这种现象的原 因可能有以下几个:(1)电网系统故障;(2)开关分合闸操作导致过电压;(3)天气异常,受雷击干扰。由于当时电网未出现故障,运行人员也未进行发变组开关的操作;再根据当时的天气情况,故分析认为是发变组开关受到雷击的强烈干扰。汽轮机转速变化如图 5 所示。由图 5 可知,在 机组跳闸后,汽轮机转速逐渐下降,没有上升。从 图 4,5 综合分析可知,发变组开关受到雷击的强 烈干扰,干扰信号通过发变组开关传至汽轮机ETS 的信号电缆,再输入到汽轮机 ETS 装置;ETS 装置接受到干扰信号后,发出汽轮机跳闸指令,使汽 轮机首先跳闸,主汽门关闭,再联跳发变组开关。


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跳闸原因分析

 

雷击导致发变组开关辅助接点至 ETS 的信号 电缆受到干扰,信号电缆提供了干扰信号的途径并 将此信号传入 ETS 装置。由于 PLC 的 DI 输入通道采用光耦器件,在雷电流感应的作用下,产生感 应电压,此电压与 PLC 的DI 输入通道的直流扫描 电源电压合成高于光耦触发电压,使光耦导通,从 而导致 ETS 装置误发汽机跳闸信号。ETS 首出逻辑记录的发变组开关跳闸信号导 致汽轮机跳闸是正确、可靠的。而 SOE 记录汽轮机主汽门先关闭、发变组开关后跳闸,原因是由于 雷击干扰信号持续时间很短 (小于 9ms ),ETS 尚未发出发变组开关跳闸至 SOE 记录时,干扰信号 已消失。

 

防范措施

 

(1) 更换信号电缆。将目前的单屏蔽电缆改为双屏蔽电缆,并将外屏蔽进行两端接地,做等电位联接,内屏蔽进行一点接地。这样外屏蔽层与其他同样做了等电位联接的导体构成了环路,产生了减低原磁场强度的磁通,从而基本上可抵消无外屏蔽 层时所感应的电压。

 (2) 更换 DI卡件及电源。ETS 电跳机原使用的是 140DDI35300 型号的 DI 卡件,扫描电压为直流 24V,接点通断时间为 1ms。由于直流 24V 电压易受干扰,信噪比低,根据现场情况更换为扫描电压为直流 125V、型号为140DDI67300 的卡件,以增大信噪比,提高 ETS 抗干扰能力。

(3) 优化 ETS 电跳机 PLC 逻辑。增加 SOE 自保持回路,以准确记录小于 9ms 的干扰信号,为 日后的事故分析提供参考信息。

 

注:原文发表于《电力安全技术》2017年第8期,标题为:汽轮机ETS装置误动原因分析及防范措施


 

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