交流电进入直流控制回路引起VSC开关跳闸的分析

交流电进入直流控制回路引起VSC开关跳闸的分析

张小伟

关键词：真空接触器；误动；防范措施

前言

某发电公司10kV工作段采用的是ABB公司生产的VSC-12型中压真空接触器，该产品适用于交流50Hz，最高电压1200V，最大电流400A的电力系统中，适用于控制和保护电动机、变压器、电容器组、开关系统等，尤其适用于频繁启动和控制交流电动机，控制电源模块分为3型：24～60DCV，110～130AC/DCV，220～250AC/DCV，并使用ABB新开发的“MAC”型双稳态永磁操作机

事件经过

2012年6月27日，#1机空冷配电室413A0开关短路。短路弧光进入开关直流控制回路。导致10kV1A段1A、1C磨跳闸、1A真空泵跳闸、10kV1C段3号辅冷泵跳闸、5号空压机跳闸、启动锅炉变跳闸、厂前区变A跳闸、灰库变A跳闸、照明变A跳闸、化水变A跳闸、#1机炉水循环泵合闸、电动消防泵合闸。检查10KV各段电压正常，10KV1C段报“PT断线”其它各跳闸设备开关无报警。立即加1B、1D磨煤量，减负荷至150MW。01:26启动1A磨、1C磨运行。01:49机组负荷恢复330MW。经检查发现跳、合闸的开关都是ABB公司生产的VSC-12型真空接触器。同时所有跳闸或者合闸的真空接触器都是直流110VⅠ段母线上的负荷。

原因分析

图一为ABB公司生产的VSC-12型真空接触器控制回路图，图中的DI1和DI2为光耦元件。以F-C回路处于合闸状态为列：413A0开关发生短路故障时，交流电通过二次控制电缆进入到F-C控制回路如图33，由于33是DCS来的以100～200m的控制电缆相联远方跳闸命令，由于长电缆的电容效应。不论是正级还是负极交流接地，由于交流回路属于接地系统，经过光耦元件的直流负极电缆芯线对地存在等效电容C2。在直流系统正极一点接地瞬间，势必会有充电电流流过光耦回路，使C2的极间电压升高。该充电电流的幅值和续流时间取决于直流系统正极是否为金属性直接接地及光耦回路的阻抗值。交流窜入后导致电容放电。放电电压足以启动光耦DI2动作。从而导致真空接触器跳闸。如果F-C回路处于分闸状态，就会使等效电容C1放电，启动光耦DI1动作，从而导致真空接触器合闸。为了验证以上分析的正确性，我们在F-C开关回路做了实验，当开关处于合闸时在如图一33处加入220V左右交流电压，真空接触器合闸；当开关处于分闸时在如图一11处加入200V左右交流电压，真空接触器分闸。试验验证了分析的正确。

解决方法及对策

在原电力部安全生产司1994年下发191号文的《电力系统继电保护及反事故措施》中要求：“跳闸出口继电器的起动电压不宜低于直流额定电压的50%，以防止继电器线圈正电源侧接地时因直流回路过大的电容放电引起误动作。如为加快动作，则允许动作电压略低于额定电压的50%，但是应采用动作功率较大（例如5W以上）的中间继电器。由变压器、电抗器瓦斯保护起动的中间继电器，由于连线长，电缆电容大，为避免电源正极接地误动作，应采用较大起动功率的中间继电器，并且不要求快速动作。”

从原理上讲，提高该接口光耦元件的动作电压到55V以上，或在外部进入光耦前加隔离，就可以解决此类误动问题，具体方案为：1更换为动作电压（电流）更高的接口光耦元件。如新的光耦元件动作电压为能够超过55V，但由于交流窜入电压无法定量，这样仍不能可靠避免直流系统正极接地的误动事故，所以在更换了光耦元件后还要采取其它防止误动措施。该方案不可取。

2在接口光耦回路中串入适当电阻或在光耦的输入级并联适当电阻，都可以提高其动作值，防止其误动作。但是这种方法显然降低了回路的可靠性，也难以避免因经过光耦元件的直流负极电缆芯线接地而引起的误动，同时该电路板加装难度大，该方案不可取。

3在接口光耦元件前加装动作电压足够高的中间继电器，在由中间继电器的接点启动光耦元件动作。此时控制回路多出中间继电器来隔离光耦回路，只有足够的交流能量启动中间继电器后才能够启动光耦回路，而因为加装继电器多出固有小段延时不影响保护快速切除故障。本次采用此方案改造。改造接线图如图二

4合理布置电气一次设备，二次控制电缆布置尽量远离一次设备，这样一次设备发生短路时减少交流电窜入直流控制回路的机会。5结束语

现场采取了第3项措施后，设备运行正常。说明控制回路采用动作电压（电流）较小的光耦元件作为启动或停止元件，应注意采取适当的防止交流窜入直流系统或直流系统接地时误动的措施。

参考文献：

[1]ABBVSC-12真空接触器使用说明书。

[2]《电力系统继电保护及反事故措施》电安生【1994】191号。

作者简介：

张小伟，身份证：610431198510050638