發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)事故分析及處理對(duì)策

趙勝利，顏紅建

(湖南華菱漣源鋼鐵有限公司 能源中心，湖南 婁底 417009)

1 問題的提出

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件有4個(gè):發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率相同;發(fā)電機(jī)出口電壓與系統(tǒng)電壓相同，其最大誤差應(yīng)在5%以內(nèi);發(fā)電機(jī)相序與系統(tǒng)相序相同;發(fā)電機(jī)電壓相位與系統(tǒng)電壓相位一致。如果不滿足這些條件而使發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)并網(wǎng)，可能造成發(fā)電機(jī)損壞的重大事故。下面對(duì)湖南華菱漣源鋼鐵有限公司(以下簡(jiǎn)稱華菱漣鋼)一起由于控制回路設(shè)計(jì)缺陷造成發(fā)電機(jī)非同期合閘損壞發(fā)電機(jī)的事故案例進(jìn)行分析。

2 事故案例

2.1 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)概況

事故機(jī)組建于2009年，是利用燒結(jié)余熱進(jìn)行發(fā)電的節(jié)能項(xiàng)目。發(fā)電機(jī)設(shè)置了真空式出口開關(guān)，開關(guān)操作機(jī)構(gòu)為彈操結(jié)構(gòu)，采用微機(jī)型保護(hù)及同期裝置。

2.2 事故的發(fā)生

2012－07－04 T 03:19，燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)在停機(jī)1 h后再次熱機(jī)啟機(jī)并網(wǎng)。運(yùn)行人員按操作規(guī)程正常操作，在同步點(diǎn)時(shí)按“合閘”按鈕后發(fā)現(xiàn)同步表指針繼續(xù)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)過約45°角時(shí)，聽到“砰”的一聲巨響，馬上安排做緊急停機(jī)、停爐操作。

2.3 事故的檢查

檢查確認(rèn)發(fā)電機(jī)定子A和B相對(duì)地短路，定子繞組燒壞。發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)文(摘錄報(bào)文):

2012－07－04 T 03:19:09.999 TWJ 1→0

2012－07－04 T 03:19:10.003 KKJ 0→1

2012－07－04 T 03:19:10.045 HWJ1 0→1

2012－07－04 T 03:19:10.072 HWJ1 1→0

2012－07－04 T 03:19:13.934 HWJ1 0→1

2012－07－04 T 03:19:13.936保護(hù)啟動(dòng)0→1

2012－07－04 T 03:19:14.065 HWJ1 1→0

2012－07－04 T 03:19:14.081 TWJ 0→1

同期裝置報(bào)文(摘錄報(bào)文):

2012－07－04 T 03:19:09.990同期裝置合閘按鈕開入SOE投入。

2012－07－04 T 03:19:10.163同期裝置合閘按鈕開入SOE退出。

二次設(shè)備及開關(guān)的檢查:事故后詳細(xì)對(duì)同期裝置、整步表、同期繼電器、二次回路等進(jìn)行了檢查，均正常;同期角度±14°(28°)，開關(guān)儲(chǔ)能時(shí)間4 s左右(合閘時(shí)儲(chǔ)能)，同期合閘脈沖維持時(shí)間173 ms，發(fā)電機(jī)開關(guān)設(shè)計(jì)有合閘自保持回路，但沒有設(shè)計(jì)彈簧未儲(chǔ)能閉鎖(如圖1所示);開關(guān)操作機(jī)構(gòu)檢查未發(fā)現(xiàn)問題，開關(guān)能正常合、分閘;跳閘線圈最低動(dòng)作電壓為100 V。

2.4 事故原因分析

針對(duì)從上述事故情況和發(fā)電機(jī)保護(hù)報(bào)文情況進(jìn)行分析。

(1)操作人員進(jìn)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作，在同期點(diǎn)時(shí)按發(fā)電機(jī)并網(wǎng)合閘按鈕(03:19:09.990按下)發(fā)出同期合閘脈沖信號(hào)(03:19:10.163松開，合閘脈沖消失)，脈沖信號(hào)維持173 ms;在圖1、圖2中，合閘線圈HQ與合閘自保持線圈HBJ同時(shí)得電，發(fā)電機(jī)開關(guān)進(jìn)行第1次合閘，從03:19:09.999 TWJ 1→0到03:19:10.045 HWJ1 0→1，有46 ms的合閘過程;但03:19:10.072 HWJ1 1→0開關(guān)又從合到分，跳閘時(shí)間27 ms。從 03:19:09.999 到 03:19:10.072 開關(guān)進(jìn)行了第1次手動(dòng)同期合閘到自動(dòng)跳閘的轉(zhuǎn)換。

(2)在開關(guān)第1次合閘的同時(shí)，儲(chǔ)能操作機(jī)構(gòu)同步重新儲(chǔ)能(儲(chǔ)能時(shí)間從03:19:10.045 HWJ1 0→1開始到 03:19:13.934 HWJ10→1結(jié)束，約3.889 s)。開關(guān)合閘變位27 ms后，立即自動(dòng)斷開，但合閘脈沖維持173 ms，由于合閘脈沖維持時(shí)間(173 ms)大于開關(guān)跳閘時(shí)間(27 ms)，合閘自保持線圈HBJ仍然進(jìn)行自保持，合閘脈沖沒有自動(dòng)解除。在03:19:13.934 HWJ1 0→1儲(chǔ)能結(jié)束時(shí)，開關(guān)第2次自動(dòng)合閘;在03:19:14.065 HWJ1 1→0，發(fā)電機(jī)保護(hù)跳閘。從03:19:13.934 HWJ1 0→1開關(guān)合閘到03:19:14.065 HWJ1 1→0開關(guān)分閘，開關(guān)完成從自保持合閘到保護(hù)跳閘的第2次合、分閘過程，此時(shí)發(fā)電機(jī)電壓相位與系統(tǒng)電壓相位已發(fā)生偏離，形成非同期合閘，燒毀發(fā)電機(jī)定子。

綜上所述，開關(guān)第1次合閘后又立即自動(dòng)跳閘(分析可能是機(jī)械故障)是事故的誘因。但設(shè)計(jì)圖中沒有將“彈簧未儲(chǔ)能閉鎖接點(diǎn)”串入合閘控制回路，開關(guān)在第1次合閘動(dòng)作后又跳閘，但合閘脈沖依然保持，待彈簧儲(chǔ)好能后開關(guān)自動(dòng)延時(shí)合閘，從而發(fā)生非同期并網(wǎng)事故。

2.5 處理對(duì)策

將發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的彈簧未儲(chǔ)能閉鎖接點(diǎn)(S12)串入開關(guān)合閘回路，在彈簧能量釋放時(shí)打開，合閘保持繼電器(HBJ)斷電，即可實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作后自動(dòng)解除合閘脈沖，即使開關(guān)出現(xiàn)故障合閘不成功，也不會(huì)出現(xiàn)非同期下的自動(dòng)合閘，整改后斷路器合閘回路如圖2所示。

按圖2整改后，對(duì)開關(guān)進(jìn)行數(shù)次試驗(yàn)，在開關(guān)彈簧釋能后，可使合閘保持?jǐn)嚯?，解除自保持，達(dá)到預(yù)期目的。

3 事故的反思

3.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)斷路器控制回路的規(guī)定

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5136—2001《火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》“二次回路設(shè)計(jì)的基本要求”中規(guī)定:“斷路器的合閘或跳閘完成后應(yīng)使命令脈沖自動(dòng)解除。”

從該案例可看出如下問題:在微機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)中，測(cè)控裝置有自保持繼電器，但1個(gè)合閘程序完成，自保持回路只靠外接點(diǎn)斷電，合閘命令脈沖不能在裝置中自動(dòng)消除，說明保護(hù)裝置在設(shè)計(jì)、制造過程中存在不足;設(shè)計(jì)中沒有充分考慮開關(guān)合閘不成功的情況，因而沒有采取有效的閉鎖措施，合閘命令脈沖不能自動(dòng)解除。

因此，應(yīng)正確理解和足夠重視電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采取有效的技術(shù)手段滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

對(duì)于彈操機(jī)構(gòu)的開關(guān)，在設(shè)計(jì)圖中應(yīng)將“彈簧未儲(chǔ)能”接點(diǎn)串入開關(guān)合閘回路，這點(diǎn)必須作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或反事故措施固化下來。

對(duì)于保護(hù)測(cè)控、操作裝置，繼電保護(hù)廠家應(yīng)研究合閘保持繼電器的保持時(shí)間，不能只靠外接點(diǎn)來解除保持。作者認(rèn)為，自保持繼電器應(yīng)能在保持一段時(shí)間后(稍大于開關(guān)的合跳閘時(shí)間之和約100 ms)自動(dòng)斷電，這樣也能滿足命令脈沖自動(dòng)解除的規(guī)定。同時(shí)要注意自保持繼電器接點(diǎn)(圖2中HBJ)粘連問題，雖然粘連幾率極小，但對(duì)于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)及其他系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)來說，如果自保持繼電器接點(diǎn)(HBJ)粘連，則無需通過同期檢測(cè)，開關(guān)可在任意點(diǎn)(含非同期點(diǎn))自行合閘，這是極其危險(xiǎn)的。為此，可考慮再將同期檢測(cè)接點(diǎn)串入自保持回路，形成多重閉鎖。

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定、反事故措施是在實(shí)踐中不斷完善和發(fā)展的，許多條款只做了原則性規(guī)定，但有些方面并沒有明確接點(diǎn)怎么接、二次回路怎么設(shè)計(jì)等問題。因此，應(yīng)在理解和遵守規(guī)定的基礎(chǔ)上靈活應(yīng)用，推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更趨完善，使之更具可操作性。

4 結(jié)束語

綜上所述，斷路器合閘回路沒有自動(dòng)解除合閘脈沖的措施是設(shè)計(jì)中存在的缺陷。此類事故在系統(tǒng)中并不多見，但在少數(shù)發(fā)電機(jī)組中是存在的，一旦出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組損壞的嚴(yán)重后果。因此，本文介紹的防范措施和處理方法，對(duì)于避免發(fā)電機(jī)損壞事故有一定的參考價(jià)值，并具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］DL/T5136—2001，火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.