一打雷，ETS動作了，原因在于電纜接地！

饒文勇/文  廣東省粵瀧發(fā)電有限責任公司

0 引言

某機組選用 N125-135-535/535 型超高壓、 中間再熱、冷凝式汽輪機和 QFS-125-2 型雙水冷 汽輪發(fā)電機。ETS ( emergency tripsystem，汽輪 機危急遮斷保護系統(tǒng) ) 采用由上海汽輪機廠配套的 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用的是施耐德*康可編程控制器 PLC。

1 事件經(jīng)過

2016 年 9 月，機組正常運行，負荷 120MW。當時暴雨，并伴有雷電，因廠區(qū)附近遭受雷擊，導 致機組跳閘，負荷降到 0，汽機主汽門關(guān)閉，發(fā)變組開關(guān)分閘，鍋爐 MFT ( main fuel trip，主燃燒 跳閘 )滅火停爐，汽輪機未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速飛升。檢查機 組 SOE ( sequence of event，事件順序記錄系統(tǒng) ) 記錄，顯示汽機主汽門關(guān)閉，ETS 跳閘首出邏輯顯 示為發(fā)變組開關(guān)跳閘。按照事件的推理，SOE 記錄順序應(yīng)該是：發(fā)變 組開關(guān)跳閘；然后 200ms 后，記錄汽輪機主汽門 關(guān)閉。但根據(jù)當時的 SOE 記錄，無法判斷機組跳 閘的真正原因。

2 ETS 電跳機保護回路接線

 ETS 電跳機保護回路接線如圖 1 所示。ETS 電跳機保護信號直接取自升壓站發(fā)變組開關(guān)輔助接 點，通過控制信號電纜將開關(guān)接點信號接入 ETS 裝置 ; 經(jīng)過汽輪機 ETS 邏輯判斷后，觸發(fā)汽輪機跳閘，發(fā)出發(fā)變組開關(guān)跳閘至 SOE 記錄，同時 ETS 首出邏輯記錄：發(fā)變組開關(guān)跳閘。其中，控制信號電纜長度為 260m，ETS 裝置 DI 通道的掃描 電壓為 24V。

3 ETS 電跳機保護邏輯原理

ETS 電跳機保護邏輯原理如圖 2 所示。根據(jù)圖 2中邏輯分析可知，發(fā)變組開關(guān)接點信號進入 ETS 裝置后，不通過任何邏輯運算即直接輸入 SOE 進 行記錄; ETS 首出邏輯及 AST 跳閘邏輯均設(shè)計有 自保持回路，邏輯一旦檢測到發(fā)變組開關(guān)分閘信號 后，即進行信號自保持。

4 試驗分析

4.1 發(fā)變組開關(guān)分閘信號

經(jīng) ETS 裝置執(zhí)行時間測試 對發(fā)變組開關(guān)跳閘信號經(jīng) ETS 裝置至 SOE 記 錄的時間進行試驗，試驗接線如圖 3 所示。試驗情況：從 ETS 接收發(fā)變組開關(guān)跳閘信號 到 SOE 記錄至少耗時 9ms。

根據(jù)試驗可知，當干擾信號持續(xù)時間小于 9ms 時，SOE不會記錄發(fā)變組開關(guān)跳閘；但持續(xù) 時間小于 9ms 的干擾信號，會因 ETS 邏輯設(shè)置了 自保持回路而觸發(fā)汽輪機跳閘。所以，SOE 應(yīng)該 先記錄汽輪機主汽門關(guān)閉，間隔 30ms 后再記錄發(fā) 變組開關(guān)跳閘 (來至 ETS )。

 4.2 ETS 電跳機保護信號電纜測試

發(fā)變組開關(guān)輔助接點至汽輪機 ETS 電跳機保 護信號電纜使用的是ZR-KVV22P2 鎧裝屏蔽控制 電纜。測試屏蔽接地電阻為 5Ω，單端接地，其中 一端在 ETS 裝置接地，一端在發(fā)變組開關(guān)端子箱 懸空。但電纜單端接地只能防靜電感應(yīng)，不能防磁場強度變化所感應(yīng)的電壓，無法阻礙雷電波的侵入。

 4.3 錄波分析

電氣錄波如圖 4 所示。可以看出，在機組跳閘 前主變高壓側(cè) 3U0 電壓出現(xiàn)劇烈波動，但發(fā)電機機端電流 I a，I b，Ic 未出現(xiàn)異常。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原 因可能有以下幾個：(1)電網(wǎng)系統(tǒng)故障；(2)開關(guān)分合閘操作導致過電壓；(3)天氣異常，受雷擊干擾。由于當時電網(wǎng)未出現(xiàn)故障，運行人員也未進行發(fā)變組開關(guān)的操作；再根據(jù)當時的天氣情況，故分析認為是發(fā)變組開關(guān)受到雷擊的強烈干擾。汽輪機轉(zhuǎn)速變化如圖 5 所示。由圖 5 可知，在 機組跳閘后，汽輪機轉(zhuǎn)速逐漸下降，沒有上升。從 圖 4，5 綜合分析可知，發(fā)變組開關(guān)受到雷擊的強 烈干擾，干擾信號通過發(fā)變組開關(guān)傳至汽輪機ETS 的信號電纜，再輸入到汽輪機 ETS 裝置；ETS 裝置接受到干擾信號后，發(fā)出汽輪機跳閘指令，使汽 輪機首先跳閘，主汽門關(guān)閉，再聯(lián)跳發(fā)變組開關(guān)。

5 跳閘原因分析

雷擊導致發(fā)變組開關(guān)輔助接點至 ETS 的信號 電纜受到干擾，信號電纜提供了干擾信號的途徑并 將此信號傳入 ETS 裝置。由于 PLC 的 DI 輸入通道采用光耦器件，在雷電流感應(yīng)的作用下，產(chǎn)生感 應(yīng)電壓，此電壓與 PLC 的DI 輸入通道的直流掃描 電源電壓合成高于光耦觸發(fā)電壓，使光耦導通，從 而導致 ETS 裝置誤發(fā)汽機跳閘信號。ETS 首出邏輯記錄的發(fā)變組開關(guān)跳閘信號導 致汽輪機跳閘是正確、可靠的。而 SOE 記錄汽輪機主汽門先關(guān)閉、發(fā)變組開關(guān)后跳閘，原因是由于 雷擊干擾信號持續(xù)時間很短 (小于 9ms )，ETS 尚未發(fā)出發(fā)變組開關(guān)跳閘至 SOE 記錄時，干擾信號 已消失。

6 防范措施

(1) 更換信號電纜。將目前的單屏蔽電纜改為雙屏蔽電纜，并將外屏蔽進行兩端接地，做等電位聯(lián)接，內(nèi)屏蔽進行一點接地。這樣外屏蔽層與其他同樣做了等電位聯(lián)接的導體構(gòu)成了環(huán)路，產(chǎn)生了減低原磁場強度的磁通，從而基本上可抵消無外屏蔽 層時所感應(yīng)的電壓。

 (2) 更換 DI卡件及電源。ETS 電跳機原使用的是 140DDI35300 型號的 DI 卡件，掃描電壓為直流 24V，接點通斷時間為 1ms。由于直流 24V 電壓易受干擾，信噪比低，根據(jù)現(xiàn)場情況更換為掃描電壓為直流 125V、型號為140DDI67300 的卡件，以增大信噪比，提高 ETS 抗干擾能力。

(3) 優(yōu)化 ETS 電跳機 PLC 邏輯。增加 SOE 自保持回路，以準確記錄小于 9ms 的干擾信號，為 日后的事故分析提供參考信息。

注：原文發(fā)表于《電力安全技術(shù)》2017年第8期，標題為：汽輪機ETS裝置誤動原因分析及防范措施