作為鋁電解企業(yè)生產大型供電設備的整流機組，要求安全、可靠、經濟、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象

某國有大型鋁電解企業(yè)220kV開關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設備（gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear, GIS）母線側隔離開關時，多次導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動作指示燈亮。

這種故障現象并不是每次進行母線側隔離開關倒閘操作時都會發(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，每年導致單臺整流機組誤動跳閘的次數也會有2～3次，且發(fā)生在不同的整流機組，對企業(yè)的正常生產平穩(wěn)供電構成嚴重的威脅。

2 整流機組誤動原因分析

經對整流機組誤動跳閘可能性、現場情況及故障現象分析，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，尤其是一次高壓設備（斷路器、隔離開關等）進行操作，會產生暫態(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生重大的干擾或對保護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)境對自動化設備正常運行帶來極為不利的影響。因此，經過綜合分析，認為有可能是以下幾個方面的原因導致整流機組誤動誤跳。

1）操作220kV GIS母線側隔離開關引起地電位變化產生的干擾。一次高壓電氣設備（斷路器、隔離開關等）進行的操作，動作瞬間會造成比較大的電網沖擊，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，對二次回路產生電磁騷擾。

2）操作220kV GIS母線側隔離開關時引起的母線電磁場變化耦合到低壓側引起的誤動。通常隔離開關拉合過程中產生的過電壓幅值可達系統(tǒng)額定電壓的3.0倍；隔離開關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通過耦合造成干擾。

3）非同相逆并聯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干擾，對于隔離性能差的環(huán)節(jié)，在外部感應干擾的情況下，導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)回流，造成誤動。

3 整流機組誤動技術改造措施

通過上述誤動原因可能性分析，結合現場實際情況，進行有針對性的整改及技術改造。針對抗干擾三要素即干擾源、傳播途徑和電磁敏感設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設立單獨接地極并接地；②整流柜控制重動箱裝設防磁屏蔽罩；③相關設備接地整改； ④整流柜保護回路技改。

1）整流機組PLC單獨做接地極，與現有的接地網分開，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)與開關站主接地網分開，單獨裝設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。每根角鋼之間用50mm×5mm扁鋼進行焊接。使用16mm銅導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。整流控制柜內重動箱距離整流柜較近，受磁場感應較強，為有效屏蔽磁場對重動箱干擾，防止受干擾導致重動箱誤動，根據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，易產生電磁感應。之間有耦合電容存在，耦合的電場會產生干擾源。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強度。

6）開關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。

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?；芈氛_，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繼電器的復位按鈕，SB-A2回路作為KA22繼電器的復位按鈕，當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前，通過斷開連片LP1（至PLC數字輸入模塊D11：1）、LP2（至PLC數字輸入模塊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。

圖2 B柜非電量重動箱端子圖

4 整流機組誤動跳閘技術改造的效果

通過增設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，避免一次高壓設備（斷路器、隔離開關等）進行操作時，產生的操作過電壓，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，電位差產生的干擾等。同時對整流柜保護回路技改，在母線隔離開關操作前退出該保護，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試、檢驗，經2017—2018年度整流機組計劃檢修期間頻繁對220kV GIS母線側隔離開關倒閘操作，期間未再發(fā)生單臺整流機組誤動跳閘現象。

一年多來對整流機組系統(tǒng)運行跟蹤及實際情況分析，技術改造效果符合預期，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，經技術改造后降為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提供了良好的供電條件。

圖3 元件壞二、母線過熱技改圖

表1 整流機組防誤動跳閘技改對比

結論

通過對整流機組非典型誤動原因分析、會診及技術改造，經實際操作檢驗，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)設備運行環(huán)境不同，接線不同、設備配置不同，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，以便于行業(yè)內對此類缺陷問題進行探討，積累更多的經驗，為今后的工作起到更好的借鑒作用。