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  • 頭條鋁電解整流機組非典型誤動跳閘分析及技改探討
    2020-05-07 作者:鋁電解整流機組非典型誤動跳閘分析及技改探討  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語重慶能源旗能電鋁的研究人員李落印,在2019年第5期《電氣技術(shù)》雜志上撰文上指出,整流機組是電解鋁企業(yè)生產(chǎn)重要的大型供電設(shè)備,一旦發(fā)生供電中斷,將對企業(yè)生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟損失。某國有大型企業(yè)220kV開關(guān)站在進行正常倒閘操作過程中,拉開/合上220kV母線側(cè)隔離開關(guān)時,多次導(dǎo)致單臺整流機組誤動跳閘,對整流機組系統(tǒng)的平穩(wěn)運行形成極大的安全隱患。 本文針對該非典型重大缺陷問題,專業(yè)人員對圖紙、故障信息、現(xiàn)場等情況進行分析、專家會診,經(jīng)技術(shù)改造,有效排除了整流機組非典型誤動跳閘的故障。

    作為鋁電解企業(yè)生產(chǎn)大型供電設(shè)備的整流機組,要求安全、可靠、經(jīng)濟、持續(xù)平穩(wěn)供電。在進行正常倒閘操作過程中發(fā)生保護誤動,造成單臺整流機組跳閘,從而影響整流機組系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行,對鋁電解企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)造成極大的影響。這種典型重大缺陷問題在電解鋁行業(yè)中并不常見,尤其是在預(yù)解決此類缺陷問題的初期,存在不少的困擾,更是缺乏可直接借鑒的實際案例。

    本文以此為背景,通過對鋁電解整流機組非典型保護誤動跳閘進行分析及技術(shù)改造,成功解決整流機組非典型誤動跳閘問題,以便于行業(yè)內(nèi)對此類缺陷問題進行探討,為今后處理此類整流機組非典型誤動缺陷提供更多的參考。

    1 鋁電解整流機組非典型誤動現(xiàn)象

    某國有大型鋁電解企業(yè)220kV開關(guān)站在進行正常倒閘操作過程中,拉開/合上220kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear, GIS)母線側(cè)隔離開關(guān)時,多次導(dǎo)致單臺整流機組誤動跳閘,整流控制柜PLC及后臺報整流柜“元件壞二”跳閘、“母線過熱”跳閘等信息,整流控制柜重動箱對應(yīng)動作指示燈亮。

    這種故障現(xiàn)象并不是每次進行母線側(cè)隔離開關(guān)倒閘操作時都會發(fā)生,只是偶然幾率,但是每年的計劃檢修工作中,該倒閘操作項較為頻繁,每年導(dǎo)致單臺整流機組誤動跳閘的次數(shù)也會有2~3次,且發(fā)生在不同的整流機組,對企業(yè)的正常生產(chǎn)平穩(wěn)供電構(gòu)成嚴重的威脅。

    2 整流機組誤動原因分析

    經(jīng)對整流機組誤動跳閘可能性、現(xiàn)場情況及故障現(xiàn)象分析,排除了二次回路接線錯誤的可能性。但考慮到變電站自動化系統(tǒng)在強大的電磁干擾環(huán)境中運行,會受到不同程度的電磁干擾,尤其是一次高壓設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)等)進行操作,會產(chǎn)生暫態(tài)干擾電壓,通過靜電耦合、電磁耦合等其峰值高達幾百伏至幾千伏,嚴重時將會對二次回路產(chǎn)生重大的干擾或?qū)ΡWo裝置中的元器件造成損壞。

    電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境是一個極為復(fù)雜并存在多種電磁干擾的環(huán)境,這樣的電磁環(huán)境對自動化設(shè)備正常運行帶來極為不利的影響。因此,經(jīng)過綜合分析,認為有可能是以下幾個方面的原因?qū)е抡鳈C組誤動誤跳。

    1)操作220kV GIS母線側(cè)隔離開關(guān)引起地電位變化產(chǎn)生的干擾。一次高壓電氣設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)等)進行的操作,動作瞬間會造成比較大的電網(wǎng)沖擊,形成較高頻率電磁波,具有很強的干擾能力,嚴重影響電力系統(tǒng)可靠運行,對二次回路產(chǎn)生電磁騷擾。

    2)操作220kV GIS母線側(cè)隔離開關(guān)時引起的母線電磁場變化耦合到低壓側(cè)引起的誤動。通常隔離開關(guān)拉合過程中產(chǎn)生的過電壓幅值可達系統(tǒng)額定電壓的3.0倍;隔離開關(guān)動作瞬間除由于暫態(tài)電磁場通過對二次回路形成電磁干擾外,還可能由于電磁和靜電感應(yīng)通過耦合造成干擾。

    3)非同相逆并聯(lián)整流裝置磁場變化較大引起出口電磁繼電器誤動。

    4)整流控制柜PLC接地線與其他接地線混接引起PLC的誤動,包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等,不同接地點間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,可能造成保護誤動。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段。正確地接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯誤地接地,反而會引入嚴重的干擾信號,影響系統(tǒng)正常工作。

    5)信號線受電磁輻射感應(yīng)干擾,對于隔離性能差的環(huán)節(jié),在外部感應(yīng)干擾的情況下,導(dǎo)致信號間互相干擾,引起共地系統(tǒng)回流,造成誤動。

    3 整流機組誤動技術(shù)改造措施

    通過上述誤動原因可能性分析,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,進行有針對性的整改及技術(shù)改造。針對抗干擾三要素即干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備著手進行整改及技改,主要措施分為4個方面:①對整流機組PLC設(shè)立單獨接地極并接地;②整流柜控制重動箱裝設(shè)防磁屏蔽罩;③相關(guān)設(shè)備接地整改; ④整流柜保護回路技改。

    1)整流機組PLC單獨做接地極,與現(xiàn)有的接地網(wǎng)分開,距離大于5m,接地電阻不大于4◆。為防止PLC系統(tǒng)受高壓系統(tǒng)的干擾,將PLC接地系統(tǒng)與開關(guān)站主接地網(wǎng)分開,單獨裝設(shè)PLC接地系統(tǒng)。主接地極選用型號為50mm×50mm×5mm接地角鋼,每根長度1.5m,每間隔1m將角鋼直埋入大地內(nèi)。每根角鋼之間用50mm×5mm扁鋼進行焊接。使用16mm銅導(dǎo)線將接地極引至各整流機組控制柜,專用于PLC接地,并將該接地與其他接地進行有效分離。

    2)整流柜控制重動箱用2mm的鋼板做屏蔽,外殼接地。整流控制柜內(nèi)重動箱距離整流柜較近,受磁場感應(yīng)較強,為有效屏蔽磁場對重動箱干擾,防止受干擾導(dǎo)致重動箱誤動,根據(jù)重動箱尺寸使用厚度為2mm鋼板加工防磁屏蔽罩,并進行安裝。

    3)整流柜就地控制箱箱體用絕緣子隔離,控制箱外殼不能有接地點。原整流柜就地控制箱外殼箱體與接地體連接,現(xiàn)將所有整流機組整流柜A/B柜就地控制箱的箱體與基座螺栓松脫,拆下螺栓,用螺栓將4個型號為SM30絕緣子安裝在原整流柜就地控制箱金屬基座4個角上。用螺栓將就地控制箱固定在絕緣子上,使就地控制箱金屬外殼與金屬基座進行電氣絕緣隔離。

    4)整流變壓器鐵心接地與過電壓保護箱保護接地分離,閥側(cè)過電壓保護吸收工作接地采取就近接地,變壓器鐵心工作接地采用就近接地。將兩者相互連接的原接地電纜拆除。

    5)整流柜純水冷卻器控制柜外殼接地與控制柜基礎(chǔ)接地采用就地連接。

    純水冷卻器控制箱體外殼與接地體(扁鐵)連接電纜較長,并與直流母線形成切割磁力線之狀,易產(chǎn)生電磁感應(yīng)。之間有耦合電容存在,耦合的電場會產(chǎn)生干擾源。技改措施為:選取與箱體外殼就近的接地引線,拆除箱體原接地電纜并將該端與就近接地引線連接,避免接地線呈切割磁力線狀,減弱接地線受電場感應(yīng)強度。

    6)開關(guān)站三級防雷模塊接地引線需單獨接地,以有效避免二次回路形成的干擾。三級防雷模塊與PLC接地混接提出改造,不能與PLC接地混接。PLC接地改造后,拆除原PLC與防雷模塊共同的接地點,三級防雷模塊單獨接地。

    7)由于整流機組誤動時發(fā)出“元件壞二”和“母線過熱”跳閘信號,所以重點對這兩回路保護信號進行技改。對整流柜“元件壞二”、“母線過熱”的保護信號采用中間繼電器進行擴展,將保護信號分別接至PLC及非電量重動箱。

    鋁電解整流機組非典型誤動跳閘分析及技改探討

    圖1 A柜非電量重動箱端子圖

    主要使用繼電器進行信號擴展和信號隔離,通過時間差錯過信號干擾。為確保信號可靠,同步加裝以上兩回路壓板(如圖3所示),在操作母線隔離開關(guān)前退出該保護,操作后投入該保護,有效防止誤跳。技改完成后,每臺機組保護回路進行傳動試驗,試驗成功并確保回路正確,方可投入運行。

    從整流機組整流柜重動箱保護原理圖(如圖1所示)中可以看出,A柜“元件壞二”保護,回路接線編號是05.31,“元件母線溫度過熱”接線編號是05.35;B柜“元件壞二”保護線路接線編號是05.38,“元件母線溫度過熱”保護接線編號是05.42。

    為了防止由于“元件壞二”、“元件母線溫度過熱”誤動造成整流機組跳閘,對“元件壞二”,“元件母線溫度過熱”保護回路進行技術(shù)改造(如圖2所示),將“元件壞二”,“元件母線溫度過熱”保護回路中串聯(lián)接入中間繼電器(總),通過輔助觸點輸出,1路輸出到A/B“元件壞二”中間繼電器,再通過中間繼電器分別輸出到A柜05.31和B柜05.38;在中間接入保護連片,1路輸出到PLC。其中SB-A1回路作為KA21繼電器的復(fù)位按鈕,SB-A2回路作為KA22繼電器的復(fù)位按鈕,當(dāng)回路中有誤動信號時,信號可以保持,區(qū)分是重動箱發(fā)出來的信號,還是PLC發(fā)出來的信號。

    另一方面,在操作母線隔離開關(guān)前,通過斷開連片LP1(至PLC數(shù)字輸入模塊D11:1)、LP2(至PLC數(shù)字輸入模塊D11:5)、LP3(至重動箱,整流柜A柜“元件壞二”跳閘回路)、LP4(至重動箱,整流柜B柜“元件壞二”跳閘回路)、LP5(至重動箱,整流柜A柜“母線溫度過熱”跳閘回路)、LP6(至重動箱,整流柜B柜“母線溫度過熱”跳閘回路),可以防止整流機組“元件壞二”,“元件母線過熱”保護回路誤動造成整流機組跳閘,避免整流機組誤跳而影響正常運行。

    鋁電解整流機組非典型誤動跳閘分析及技改探討

    圖2 B柜非電量重動箱端子圖

    4 整流機組誤動跳閘技術(shù)改造的效果

    通過增設(shè)整流機組重動箱防磁屏蔽罩,有效屏蔽整流柜強磁場對重動箱保護回路干擾;就地控制箱絕緣底座改造等,減小電磁敏感設(shè)備受磁場干擾。整流變鐵心接地與操作過電壓工作接地分離整改,避免一次高壓設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)等)進行操作時,產(chǎn)生的操作過電壓,對整流柜過電壓保護回路等影響。

    PLC單獨接地極的改造,可有效防止強磁場情況下,電位差產(chǎn)生的干擾等。同時對整流柜保護回路技改,在母線隔離開關(guān)操作前退出該保護,操作后投入該保護,有效防止整流柜誤跳等措施;整改及技改措施實施完畢后,對整流機組系統(tǒng)進行防誤動技改進行調(diào)試、檢驗,經(jīng)2017—2018年度整流機組計劃檢修期間頻繁對220kV GIS母線側(cè)隔離開關(guān)倒閘操作,期間未再發(fā)生單臺整流機組誤動跳閘現(xiàn)象。

    一年多來對整流機組系統(tǒng)運行跟蹤及實際情況分析,技術(shù)改造效果符合預(yù)期,整流機組保護非典型誤動跳閘重大缺陷得到有效揭制,整流機組誤動跳閘由原來的2~3次/年,經(jīng)技術(shù)改造后降為0次,見表1。整流機組保護誤動重大缺陷問題的解決,確保了整流機組系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行,為公司電解鋁的正常生產(chǎn)提供了良好的供電條件。

    鋁電解整流機組非典型誤動跳閘分析及技改探討

    圖3 元件壞二、母線過熱技改圖

    鋁電解整流機組非典型誤動跳閘分析及技改探討

    表1 整流機組防誤動跳閘技改對比

    結(jié)論

    通過對整流機組非典型誤動原因分析、會診及技術(shù)改造,經(jīng)實際操作檢驗,成功解決了整流機組誤動跳閘缺陷問題。本次對整流機組非典型誤動缺陷的處理,主要是從可能會引起整流機組誤動的因素出發(fā)進而采取措施和進行技改。

    然而各企業(yè)設(shè)備運行環(huán)境不同,接線不同、設(shè)備配置不同,發(fā)生誤動的情況也會不同。本文對上述整流機組非典型誤動缺陷問題的處理進行總結(jié),以便于行業(yè)內(nèi)對此類缺陷問題進行探討,積累更多的經(jīng)驗,為今后的工作起到更好的借鑒作用。

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