厂用电运行方式不合理事故扩大全厂停电

厂用电运行方式不合理 事故扩大厂用电运行方式不合理 事故扩大 全厂停电全厂停电 2005 年 7 月 某水电站进行机组的无功进相试验 在进相 试验的机组开机并网时 随即发生 220 kv 线路光纤差动保护误 动 并进一步发展为全厂停电的事故 事故经过 1 基本概况及事故发生时的运行方式 该水电站在事故发生时还是在工程建设中 4 号发电机和 3 号发电机相继投产 由于线路电容的存在 220 kv 母线电压 总是偏高 机组要无功进相运行 事故发生前的运行方式为 220 kv 皇林 i 线 2237dl 合闸并入系统运行 220 kv 两段母线并 列 3 号机带有 110 mw 负荷 4 号发电机在热备用状态 4 号 主变空载带 4 号高厂变 即厂用电 10 kv 二段 10 kv 一段由 3 号高厂变带 全部厂用电负荷都是由 10 kv 一 二段带 10 kv 三段母线设计是没负荷 它只通过 10 kv 联络开关作为 10 kv 一 二段的备用电源 2 事故经过 在中调同意下 4 号发电机开机并网 运行人员执行 4 号发 电机发电操作后不久 现场看到机组启动并启励建压正常 接 着就听到发电机出口开关合闸声音 但很快就听到机组的声音 有点异常 事后的分析证明就是机组开始过速的声音 接着 全厂一片漆黑 运行反应整个监控系统瘫痪 屏幕无显示 运 行人员立即对一次设备进行检查 发现一次设备本体没有异常 但整个 220 kv 母线失压 两台发电机组停机 厂用电消失 保 护检查结果是 220 kv 皇林 i 线 wxh 803 光纤差动保护有动作出 口跳闸信号 但是该线路的 wxh 802 高频距离保护盘没有动作 出口信号 两台机组的 wfb 801 保护 a b 套均发失磁三段动 作 信号 无其它保护动作出口信号 两台机组故障录波都没 有录波数据 初步判定厂用电系统一次设备本体没有故障后 迅速通知运行人员从施工变倒送厂用 10 kv 电源 恢复监控系 统的运行 将皇林 i 线保护只有光纤差动保护动作而高频距离 保护没有动作的情况汇报中调后 中调同意由对侧皇宫变对皇 林线充电 正常后对 220 kv 母线充电正常 再开 3 号机组并网 运行正常 事故处理算告一段落 原因分析 1 因为监控系统的瘫痪 没有能够录到机组在事故过程中 的一些参数 两台机组的故障录波器都没有记录下事故过程 唯一可供分析的是 220 kv 系统录波器记录的本次事故波形 波 形显示皇林 i 线出线开关 2237dl 先跳闸 约 11 s 后是 3 号主变 高压侧的 2203 开关 4 号主变高压侧的 2204 开关同时跳闸 据此可以推断出皇林 i 线的光纤差动保护的动作是整个事故的 直接原因 2 从录波图看皇林 i 线确实有很大的突变电流 但电压变 化不明显 而且线路的另外一套保护 wxh 802 高频距离保护并 没有动作出口 220 kv 线路保护配有两套全线速动的纵联保护 一般情况下 线路发生区内短路故障时 两套主保护均应无延 时跳闸 因此初步推断线路并没有短路故障 对侧分析的结果 也是一样 从而断定 220 kv 皇林 i 线光纤差动保护误动作 但是 保护动作首先必须启动保护进入故障处理程序才有 可能出口 再从波形上看确实有很大的突变电流 保护的启动 是正确的 所以要找这电流突变的根源 联想到机组刚并网 很自然地会想可能是并网的冲击电流 再调阅 220 kv 系统故障 录器的录的故障波形 4b 主变高压侧电流突变比其它间隔来得 明显 看来 4 号发电机并网确实有比较大的冲击电流 这是引 起皇林 i 线电流突变启动保护的原因 这从时间上看也是吻合 的 可见机组并网的冲击电流是保护误动的导火索 3 保护厂家检查了保护现场安装的情况 并将保护误动时 的装置录波数据传回公司 做了多次动模试验进行模拟 都没 有发生误动 因此 保护厂家认为本次误动跟两侧光纤通道有 很大关系 该保护采用的专用光纤通道由两部分组成 保护配 有小功率光端机到通信室 通过 pcm 复用设备 再经长达 100 km 左右的线路光纤到对侧 另外一侧通道也是这样构成 以前 运行时发现过有误码的情况 但不算很严重 没有到告警的程 度 该光纤差动保护的误码就是计算固定时间窗内错误数据的 桢数 每桢数据只要有一个错误数据 该桢数据就忽去不用 同时算一个误码 误码高说明光纤通道不是很理想 由此断定 误动的原因是光纤通道不理想 但保护内部处理软件也可能有 不合理地方 4 机组停机的原因 在 220 kv 线路皇林 i 线跳闸后 两台机组脱离系统后互相 并列运行 很难稳定运行 4 号机刚并网在空载运行状态 3 号 机带 11 万 kw 负荷 由于线路开关的跳闸负荷送不出去造成 3 号机组转速上升 4 号机会吸收 3 号机的有功造成转速也上升 也就是 3 号机加速拖动 4 号机也跟着加速 由于惯性的关系 4 号转速上升还会比 3 号机快 且它的导叶在空载开度 调速 器的动作对它不起任何作用 这么大的有功很快就会让 4 号发 电机达到一级过速值 再从 220 kv 故障录波图可以看到 在线 路跳开关 2237 跳闸后 220 kv 母线频率 也就是机组频率 稳 步上升 但是达到 55 hz 后又恢复正常 由于这录波图上变正 常的频率导致分析变得困难 没有达到一级过速频率就突然正 常了 这不合常理 回头重新看 220 kv 母线电压波形 从波形 的周期来推算 机组频率还在继续上升 从周期推算出频率最 高达到 58 hz 这就超过了机组一级过速值 115 010 额定转速 对应频率即 57 hz 且在机组达一级过速后不久 2203dl 和 2204dl 同时跳闸 后询问故障录波器厂家 该录波器分析软件 在频率高于 55 hz 和低于 45 hz 它就自动认为是频率通道出差错 显示 50 hz 的正常频率 这是后话 机组一级过速达到以后 还需要主配的失灵接点才能动作停电机 在 2237 开关跳闸后 两台机在并列运行 电调只能通过频差的 pid 运算结果来关导 叶 有一种可能是主配动作的幅度不足以断开主配失灵接点 或是主配失灵接点调节不是很到位导致失灵接点没有断开 才 最终启动一级过速停机 5 4 号机并网时出现冲击电流的原因 机组并网时的理想情况是压差和角差为 00 这样就不会产 生冲击电流 但并网前发电机和系统的频差的存在 使两电压 相量角度差是一直在变化 角差的存在就会产生压差 并网时 断路器主触头合上瞬间的角差大小决定了冲击电流的大小 调 阅两台机组故障录波盘记录下的各次并网的数据 分析结果让 人吃惊 两台机的同期装置 sj 12a 参数设置都一样 两台机整 定的导前时间均是 60 ms 发电机出口开关是 abb 开关 合闸 时间 48 ms 左右 因为要加上继电器的动作时间 可以认为整 定的导前时间是没有问题 但动作行为差别很大 3 号机每 次并网时导前角度基本上在 20 左右 而 4 号机并网时的导前角 度有很大的不同 差的时候高达近 100 好的时候只有 20 左右 从 4 号机的录波图中可以看到 4 号机组在导前角度 100 并网时 冲击电流近 4 000 a 一次电流值 这接近机组的额定定子电流 值 所以得出结论是 4 号发电机同期的装置存在问题 后 对 4 号机的同期装置进行很多次的试验 结果是大数时候 70 左 右的导前角 特好 导前角 20 左右 和特差 导前角超 100 的均不多 厂家换一新的同期装置进行了同样的试验 结果还 是一样 将 4 号机的装置拆到 3 号机进行试验 结果也是很理 想 最终排除了同期装置本身的问题 从机组录波来看 pt 二次 电压波形很好 没有畸变 检查中发现同期装置的对象选择接 线有一处没有接触好 线是紧的 但是压的是线皮 等于这根 线是悬空状态 而这正是造成 4 号机并网时好时坏原因 该型 同期装置 sj 12a 可以对多个对象进行同期合闸 各个对象可分 别进行参数整定 每次并网时对象是通过开关量来判别 这根 线没有接触好说明同期装置在同期过程中没有选择到对象 那 么在同期合闸的过程中就不能调用这个对象的整定参数 即发 合闸脉冲时就不是用该对象整定的导前时间来计其导前角度 而是以装置默认的导前时间来计算导前角度 这默认的导前时 间为 200 ms 这可是实际所需导前时间的 5 倍 这无形中把 导前角度误算到 5 倍的差值 于是找到了 4 号机组并网时冲击 电流的产生原因 事故大概的过程就是 皇林 i 线在 4 号机并网的冲击下误 动作跳 2237dl 紧接着 4 号 3 号发电机相继一级过速停机灭 磁 3 号机最后停机灭磁后两台机失磁三段 动作条件是 220 kv 母线低电压和转子低电压 动作跳开 2203dl 2204dl 1003dl 1004dl 同时全厂停电 防范措施 1 针对 220 kv 皇林 i 线保护误动原因 更换了 wxh 803 光纤电流差动保护配用的光端机 降低了光差保护的通道误码 率 并对保护软件进行了升级 2 对同期装置的二次端子接线情况进行了全面检查 防止 接触不好和接线错误的情况 厂家对同期装置软件进行了改进 在没有选上对象时不会进行同期合闸 3 4 号发变组故障录波器没有启动是因为装置本身死机 后来厂家进行了处理 3 号发变组故障录波器没有启动是因为 装置失电 事故时因为交流电消失 而直流电源开关在跳闸状 态 所以没有能够录下故障数据 4 监控系统在交流电源消失时没有投入 ups 电源 对 ups 电源系统整改和试验 保证交流电源消失时能正确投入运行 5 正常运行时必须保证相互独立的两段厂用电源 但从同 一段 220 kv 母线上接的厂用电源不能算是相互独立的厂用电源 因此投入施工变电源作为 10 kv 备用电源 6 这次全厂停电事故的直接原因是 220 kv 线路保护误动 事故的诱发原因是 4 号机组同期并列产生的不正常冲击电流 而导致事故扩大为全厂停电的重要原因则是事故前厂用电运行 方式不合理 值得注意的是 导致 4 号机组同期并列产生不正 常冲击电流的原因仅仅是二次回路端子的一根线没有接好 这 暴露出一个很重要的问题 现在二次回路普遍使用的凤凰端子 安装