220kV电网故障造成电厂全厂停电事故

220kv220kv 电网故障 造成电厂全厂停电电网故障 造成电厂全厂停电 事故事故 某电厂装设 2 台 142 mw 机组 主设备均为俄罗斯引进 有 4 台锅炉采用母管制运行供两台机组供热和发电 l 2 发 电机均采用发变组单元式接线接入厂内的 110 kv 变电站 该变 电站为双母接线 共有 8 回出线 其中 6 回为馈线供附近周边 负荷 另外 2 回接入 2 km 外的某变电站与系统主网联络 全厂 的启动备用电源取自 110 kv 南母线 供本厂高压厂用电备用 标准运行方式下 3 台锅炉采用母管制运行 l 2 发电机 1 2 热陡线 联络线 及各条馈线分别接于 110 kv 南 北母线 并列运行 2002 年 9 月 17 日 220 kv 电网某变电站内发生故障 造 成全站失压 使该电厂与系统失去联络 同时使该厂 1 发电机 定子匝间保护误动作 将 l 机切除 2 发电机由于主汽母管压 力骤增 及系统的冲击 造成超速保护动作切机 从而使得该 厂全厂停电 事故经过 2002 年 9 月 17 日 l8 时 50 分 受系统冲击 l 发电机跳闸 热 111 开关 灭磁开关 611 621 开关跳闸 601 602 开关未 联动 6kv1 2 段 380 v 工作 i 2 段 380 v 公用 l 2 段失压 保安 411 开关跳闸 保安 401 开关联动合闸正常 同时有柴油 发电机启动正常信号 发电机无功瞬间打满档 立盘有下列信 号 发变组保护 b 柜电源故障 断水 匝间 主汽门关闭 发 电机保护动作 励磁系统跳闸 掉牌未复归 故障录波器动作 l 2 组直流母线故障 ups 有综合故障 电池运行信号 厂用 立盘有 6 kvl 2 段电压回路断线 6 kvi 2 段分支 pt 电压回 路断线 380v 工作 i 2 段 380 v 公用 1 2 段电压回路断线 6 kv 380 v 所有表计指示为零 保护间检查 保护 a 柜有 发 电机定子匝间保护出口 2 发电机跳闸 跳闸前无功瞬间升至 137 mvar 热 112 开关跳闸 灭磁开关跳闸 6 kv3 4 段失压 快切装置未联动 工作 3 4 段电压为零 保安 421 开关跳闸 402 开关联动合闸正常 ups 有市电故障 异常运行 综合故障 电池运行信号 电池充电故障 发电机信号屏有 发变组保护 b 柜逆功率 发电机轻瓦斯 主汽门关闭 发电机电压低 热 工跳闸 保护异常 断水 发变组保护 b 柜电源故障 励磁系 统 l 2 整流装置故障 励磁系统故障 11o kv 母线失压 l 2 热陡线 联络线 跳闸 热 111 热 112 开关跳闸 检查 1 热陡线路保护屏显示距离 2 段动作 距离 1 9 km 2 热陡线路 保护屏显示光纤纵差保护动作 距离 1 9 km 同时 其他线路 所有表计均指示为零 开关控制把手红灯亮 另 110 kv1 2 故 障录波器启动 并有 110 kv1 2 组计量回路交流消失 110kv1 2 组母线 yh 断线 事故处理过程如下 检查柴油发电机运行正常 断开 6kv1 4 段所有未跳闸开关 断开 110 kv 所有未跳闸开关 联系 调度利用备用联络线 1 热同向 110kv 南母线充电 正常后合上 启备变开关 接于南母线 向厂用各高压母线送电 然后逐 一恢复低压厂用电 投入 110kv 母联开关充电保护 合热 110 开关向北母线充电 正常后同期合上 2 热同开关 然后恢复 110 kv 其他馈线送电 同时 全面检查 l 2 发电机未发现异 常 分别摇测绝缘正常 检查 l 2 发电机本体瓦斯继电器 某电厂两台发电机定子均为油冷却 未放出气 通知检修测 量 l 发电机各相绕组直流电阻正常 联系调度得知某变电站发 生故障 初步判定为 l 发电机匝间保护误动作 2 发电机经查 为汽机超速保护动作跳闸 2002 年 9 月 18 日 1 时 20 分 l 发电 机组零起升压正常自动同期并入系统 随后 2 发电机组并入系 统 原因分析 某变电站的失压是事故的直接起因 事故前 l 2 发电机 负荷总计 210 mw l 2 热陡线向系统外送约 80 mw 左右 其 余均送向周边负荷 l 2 热陡线突然跳闸使电厂与系统失去联 络 成为孤立小电网运行 由于汽轮机调速系统的迟滞性和一 次调频作用的有限性 使系统频率持续居高 故障录波器 已 录最高达 52 97 hz 2 发电机随即超速跳闸 同时 l 发电机匝 间保护误动跳闸 从而造成了全厂停电事故的发生 1 与系统联络的薄弱性以及汽轮机调速系统的特性是发 生事故的主要原因 先天的条件决定了该电厂与系统联络的薄 弱性 而后天汽轮机调速系统的不足也使事故的发生成为了必 然 该电厂是热电厂 在冬季供暖期 大量热用户的增加使两 台机所带的电负荷也随之大量增加 每年的 11 月至次年的 3 月 每天两台机总负荷均在 260 mw 以上 而地方电负荷 110 kv6 回直配线 又比较小 最大 110 mw 大量的电负荷要通过 热陡线 联络线 外送至系统主网 此时若联络线突然跳闸使 电厂成为小系统运行 对汽轮机的调速系统将是一次严峻的考 验 这次的全厂停电事故的起因就是变电站故障两条联络线突 然跳闸 事故时的冲击使 l 2 机的定子电流瞬间达到了 1 1 倍的额定值 由于汽机调速系统的迟滞性使联络线跳闸后系统 频率达到了 53 hz 超速保护随即动作切机 针对调速系统的这 种特点 以及此次事故的经验教训 对 2 机的调速系统进行了 改造 在汽机 ets 中加入负荷快卸功能 当汽轮机转速超过 3180r min 及频率超过 53hz 时 ets 发出指令快速减负荷至 100 mw 通过模拟试验证实可以较好地满足现场运行的要求 从 而有效制止了类似事故时汽轮机超速保护动作切机以至于全厂 停电事故的发生 2 1 发电机定子匝间保护参数设置不合理 外部发生故 障误动切机是此次事故的另一主要原因 1 2 发电机的保护 采用的是南京自动化设备总厂生产的 gzfb jc 型发变组成套保 护装置 其中的发电机定子匝间保护是负序功率方向闭锁纵向 基波零序过电压原理构成的 保护装置的基本原理为发电机机 端 pt 高压侧中性点与发电机中性点相连且不接地 当发生单相 匝间短路时 发电机端电压三相不再平衡 在互感器二次绕组 开口三角形侧输 3u0 ua ub uc 发电机发生内部短路 使三 相对中性点电压不平衡 就一定会出现纵向基波零序电压 3u0 当一相机端对中性点 n 金属性短路 则 3u0 100v 该保 护动作判据为 3u0e e 为 3u0 保护的阙值 一般初选为 1 2v 负序方向元件 p2 用来判定故障发生在发电机内部还是 在外部系统中 即依靠 p2 元件防止外部短路时 3u0 保护的误动 作 p2 元件采用动合触点 与 3u0 元件组成与门输出 p2 方 向为由发电机流出时动合触点闭合动作 发电机正常运行中 pt 的不平衡基波零序电压 3u0unb1 很小 但可能有较大的三次谐波 3u0unb3 为降低阈值和提高 灵敏度 在保护装置中增加三次谐波阻波功能 注意到 3u0unb1 和 3u0unb3 为发电机正常运行时 pt 不平衡零序电压 的基波和三次谐波大小 为避免在外部短路时有可能 3u0e 阙值 而引起误动作 通常采用提高动作电压的方法 3 全厂停电事故发生后 对发电机匝间保护进行了仔细 的检查 发现零序过压继电器动作整定值为 1v 查阅发电机调 试记录知道厂家建议设初始值为 1v 进行外部短路试验后根据 实际再进行定值设置 由于调试人员的疏忽忘记了定值的重新 设置 以至于变电站发生短路故障时 电厂的发电机定子匝间 保护零序过压继电器动作 后经模拟发变组外部短路试验重新 设定零序电压继电器定值为 3v 匝间保护纵向基波零序电压还受负序功率方向元件的闭锁 零序电压继电器动作后如果负序功率方向元件不动保护仍然不 会出口 所以负序功率方向元件肯定也存在问题 分析负序功 率方向元件的构成原理 发电机三相定子绕组的相间短路 匝 问短路以及分支开焊故障 均为不对称故障 发电机机端将有 负序电压和电流 并有负序功率由发电机流出 大型发电机机 端引线均用分相封闭母线 不可能发生三相对称短路 当高压 系统发生不对称短路 非对称运行或负荷三相不对称时 发电 机机端也出现负序电压和电流 但负序功率必由系统流向发电 机 因此负序功率的流向 检测点在机端 是发电机是否发生 不对称故障的显著特征 从发电机端测量三相电压和电流 经 模拟式负序电压和负序电流滤过器 获取负序分量 电压和电 流 并由此计算负序功率 确定其正负 这样构成的全相式 负序方向保护 经试验证明极易误动 其原因主要是模拟式负 序滤过器在暂态过程和频率偏移工频时有不半衡输出 因为模 拟式滤过器由惯性元件 l 或 c 等组成 这些元件是按工频 50hz 稳态条件下 三相正序输入 保证无输出而确定其参数的 由 于负序方向保护是发电机匝间保护的快速主要闭锁元件 在外 部系统发牛对称或不对称的暂态过程中 或者 在系统发生单 相短路的单相跳闸 单相重合于永久故障点而三相跳闸的全过 程中可能发生频率偏移 50 hz 再如某电厂的这种情况外部短路 同时系统频率高于 50hz 这些都将使负序滤过器有不平衡输出 u2unb 和 i2unb 其 u2unb 和 i2unb 的大小和相位有随机性 由 它们导出的 p2unb 可能呈现从发电机流出的特征 极易造成误 动 鉴于这种情况 事故发生后对定子匝间保护的动作时限做 了改动 由原来的 os 改为 0 5s 目的主要是考虑到发电机外部 发生短路同时频率高于 50 hz 的情况极少出现 就算出现时间 也极短不会超过 0 5s 由此可见 发电机匝问保护的误动有两点原因 其一零序 电压继电器整定值过低 其二负序功率方向元件在外部不对称 短路同时频率高的情况下误动 两者同时出现造成了保护的误 动切机 暴露问题 1 ups 蓄电池放电时间过短 ups 是不停电电源的简称 主要供热控保护 自动装置 故障录波器等重要负荷的用电 全厂停电后交流电源失去 只能靠其本身的蓄电池放电逆变供 电 某电厂 l 2 机的 ups 蓄电池均采用高质量的免维护蓄电 池 长期以来电池一直处于浮充电或短时过渡性放电状态 全 厂停电后 原来设计 ups 供电 30min 的蓄电池仅放电了 10 min 便中断了供电 给事故处理带来了极大的不便 免维护蓄电池 其实不是真正意义上的免维护 只是维护的工作量小些而已 大多数人对此都产生了不应该地误解 对它的维护必须按照厂 家说明书进行正常维护 以保证蓄电池始终处于良好的工作状 态 特别要注意定期进行核对性充放电试验 校核蓄电池的容 量 发现容量不足 及时更换 应认识到 蓄电池在浮充电状 态下 电压比较高并不一定说明蓄电池的状态良好 2 直流系统设备选型不合理 全厂停电后 两组直流系 统可控硅充电器均自动跳闸 原来处于浮充状态的两组蓄电池 转入放电状态 大容量的直流负荷 如直流油泵 自动启动加 入运行 大电流的放电使直流母线电压迅速下降 接于保安电 源的备用