一起線路故障引起的機(jī)組自用電消失分析

韋衛(wèi)

（大唐發(fā)電集團(tuán)廣西分公司大化水力發(fā)電總廠，廣西大化 530800）

一起線路故障引起的機(jī)組自用電消失分析

韋衛(wèi)

（大唐發(fā)電集團(tuán)廣西分公司大化水力發(fā)電總廠，廣西大化 530800）

機(jī)組自用電對(duì)保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行起著必不可少的作用，本文用廣西大化水力發(fā)電總廠發(fā)生的一起110kV線路故障引起廠用電瞬間低壓、備自投動(dòng)作不成功而造成的廠站右岸廠房機(jī)組自用電消失案例，對(duì)該廠的送出線路保護(hù)配置、機(jī)組自用電備自投方式、以及在發(fā)生較大電壓暫降時(shí)備自投動(dòng)作過程等進(jìn)行分析，找出機(jī)組自用電消失的原因，并提出解決方法。

系統(tǒng)故障 電壓暫降 備自投 機(jī)旁盤失壓

水電廠廠用電包括機(jī)電輔助設(shè)備用電和照明用電等，機(jī)組機(jī)旁自用電作為廠用電重要的組成部分，為發(fā)電機(jī)組重要輔助機(jī)械設(shè)備及監(jiān)控、勵(lì)磁、調(diào)速系統(tǒng)、自動(dòng)裝置等提供交流電源，保證發(fā)電機(jī)組的正常生產(chǎn)運(yùn)行。機(jī)旁自用電負(fù)荷基本由Ⅰ類、Ⅱ類負(fù)荷組成，為保證供電可靠性，一般采用母線分段運(yùn)行，并裝有備用電源自動(dòng)投入裝置。

1　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大化電廠右岸廠房裝設(shè)四臺(tái)機(jī)組，四臺(tái)主變壓器，發(fā)電機(jī)與主變壓器單元接線。四臺(tái)主變高壓側(cè)接入220kV兩段母線，有四回出線。1號(hào)主變、3號(hào)主變?yōu)槿碜?，三卷變中壓?cè)接入110kV兩段母線，有三回出線：大化城線（下稱A線）、大琴線（下稱B線）、大巖線（下稱C線）。右岸廠用電分別從1號(hào)主變低壓側(cè)、3號(hào)主變低壓側(cè)接取，經(jīng)高廠變、廠變降壓分別供400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線。右岸四臺(tái)機(jī)組各自的機(jī)旁自用電盤柜（下稱機(jī)旁盤）的母線1和母線2分段運(yùn)行， 母線1由 400VⅠ、Ⅱ段引出經(jīng)主、備開關(guān)切換供電，母線2由400VⅢ段或Ⅳ段供電。母線1向本機(jī)的勵(lì)磁、調(diào)速器、監(jiān)控及各水泵、油泵等提供交流電源；母線2帶有一臺(tái)壓油泵和作為檢修用電。

2　故障概況

1時(shí)43分，天氣雷雨，系統(tǒng)沖擊，110kV B線開關(guān)保護(hù)跳閘、重合閘動(dòng)作成功，同一時(shí)刻出現(xiàn)右岸廠房四臺(tái)機(jī)組機(jī)旁盤電源消失的信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)四臺(tái)機(jī)組的機(jī)旁盤母線1的兩段電源進(jìn)線共八個(gè)開關(guān)均在分閘狀態(tài)，機(jī)旁盤母線1失壓?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)對(duì)各開關(guān)合閘操作無效，后切停其控制把手（“自動(dòng)/停止”把手）再重新投入“自動(dòng)”，進(jìn)線開關(guān)合閘正常，遂逐一將各機(jī)組機(jī)旁盤母線1電源恢復(fù)。由于處理及時(shí)，四臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常。

2時(shí)54分，雷雨，再次出現(xiàn)系統(tǒng)沖擊，110kV C線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合閘動(dòng)作成功，右岸機(jī)組機(jī)旁盤運(yùn)行正常，未出現(xiàn)之前的機(jī)旁盤失壓現(xiàn)象。

附圖1 大化電廠主接線簡(jiǎn)圖

附圖2 施耐德梅蘭日蘭開關(guān)參數(shù)

3　故障分析

3.1備自投情況

機(jī)組機(jī)旁盤母線1的兩段進(jìn)線開關(guān)為90年代施耐德梅蘭日蘭的masterpact M08 N1 STR28D低壓斷路器，兩臺(tái)開關(guān)之間裝設(shè)有機(jī)械連桿實(shí)現(xiàn)機(jī)械聯(lián)鎖，兩開關(guān)用合閘回路互相串接開關(guān)常閉接點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖及備自投功能，各合閘回路接入“自動(dòng)/停止”把手，以接通、斷開合閘回路來實(shí)現(xiàn)備自投功能的投、退，此外再無其它任何控制器。當(dāng)主用段電源失壓時(shí)主開關(guān)的欠壓脫扣器動(dòng)作跳閘，備用開關(guān)合閘回路接通，開關(guān)自動(dòng)合閘，完成備自投動(dòng)作。

廠用10kVⅠ、Ⅱ段母線備自投及400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線備自投為PLC備自投和PCS-9691C裝置備自投，失壓跳閘延時(shí)整定均超過3秒，能可靠躲過線路故障造成的電壓暫降。

3.2機(jī)旁盤母線失壓過程分析

（1）線路故障時(shí)刻四臺(tái)機(jī)組機(jī)旁盤的四臺(tái)進(jìn)線主開關(guān)均動(dòng)作跳閘，四臺(tái)備用開關(guān)均未合閘，動(dòng)作一致，且事后對(duì)各開關(guān)進(jìn)行測(cè)試均無異常，可排除開關(guān)本體或回路出現(xiàn)故障的可能性。

（2）故障錄波顯示110kV B線故障時(shí)刻，主變（三卷變）低壓側(cè)相電壓有效值在故障第一周波后降至1/3Ue，機(jī)旁盤進(jìn)線開關(guān)欠壓脫扣整定值1/2Ue，機(jī)旁盤進(jìn)線主開關(guān)失壓脫扣動(dòng)作正確。錄波顯示1號(hào)主變、3號(hào)主變低壓側(cè)電壓暫降幅值、時(shí)間均相同，由于主用開關(guān)、備用開關(guān)的400V電源分別取自1號(hào)主變和3號(hào)主變，可判斷備用開關(guān)與主開關(guān)同時(shí)欠壓脫扣動(dòng)作，因此在電壓暫降持續(xù)時(shí)間內(nèi)，備用開關(guān)未自動(dòng)合閘屬動(dòng)作正確。

（3）110kV B線開關(guān)跳閘、重合成功、系統(tǒng)電壓恢復(fù)后，機(jī)旁盤進(jìn)線主、備開關(guān)均在分閘位，各合閘回路均已接通，但各開關(guān)均未自動(dòng)合閘，原因?yàn)殚_關(guān)本體的防跳躍閉鎖動(dòng)作。B線故障切除后電壓恢復(fù)瞬間，脫扣器未復(fù)歸而合閘回路已先通電，觸發(fā)了開關(guān)防跳躍閉鎖功能，因此主、備用開關(guān)均不能合閘，只有將控制把手退、投一次，合閘回路斷開再接通，防跳功能解除后開關(guān)方可合閘。此情況已經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地驗(yàn)證。

（4）數(shù)年來，大化水電廠220kV、110kV各條線路曾多次故障跳閘，但機(jī)旁盤失電的情況未曾發(fā)生過，為何本次110kV B線故障會(huì)造成全部機(jī)旁盤失壓？原來220kV線路兩套保護(hù)分別為RCS-931（或RCS-901）和RCS-902，主保護(hù)為縱聯(lián)差動(dòng)（縱聯(lián)方向）和縱聯(lián)距離快速主保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間短，從故障第一周波開始30ms動(dòng)作，50～60ms即切除故障，機(jī)旁盤進(jìn)線施耐德梅蘭日蘭開關(guān)欠壓脫扣器MN響應(yīng)時(shí)間為90ms，可以躲過電壓暫降時(shí)間，而且220kV線路基本為單相接地故障，電壓暫降幅值不大，故障時(shí)一般仍有2/3以上相電壓。所以220kV線路故障不會(huì)使機(jī)旁盤進(jìn)線開關(guān)欠壓跳閘。

（5）110kV C線線路長(zhǎng)66.7km，主保護(hù)為RCS-941的相間和接地距離保護(hù)、零序方向保護(hù)，Ⅰ段距離和Ⅰ段零序整定0秒動(dòng)作，60～70ms切除故障，欠壓脫扣器不動(dòng)作。

（6）110kV B線線路長(zhǎng)24km，保護(hù)配置與C線相同，由于線路距離短，與相鄰保護(hù)配合需要，主保護(hù)Ⅰ段距離和Ⅱ段零序（Ⅰ段零序不投）整定0.15秒動(dòng)作，加上固有時(shí)間，錄波顯示B線保護(hù)180ms動(dòng)作，200ms切除故障。欠壓脫扣器90ms響應(yīng)時(shí)間未能躲過B線故障的電壓暫降。110kV A線情況與B線相似。

（7）歷史記錄和故障錄波顯示，以往220kV、110kV線路的每次故障，或者電壓暫降時(shí)間短，或者電壓暫降的幅值小，均未造成類似本次的機(jī)旁盤失壓。本次110kV B線為三相接地短路故障，測(cè)距2.2km，故障后110kV母線三相相電壓有效值降至1/10Ue，主變（三卷變）低壓側(cè)相電壓降至1/3Ue，B線切除故障時(shí)間200ms。即B線故障造成的機(jī)旁盤電源電壓暫降持續(xù)時(shí)間為200ms，降幅超過1/2Ue，響應(yīng)時(shí)間為90ms的欠壓脫扣器動(dòng)作正確，機(jī)旁盤進(jìn)線主開關(guān)欠壓脫扣跳閘，備用開關(guān)欠壓脫扣動(dòng)作，電壓恢復(fù)后開關(guān)防跳躍閉鎖動(dòng)作，主用、備用開關(guān)均不能自動(dòng)合閘。以上為本次故障引起機(jī)旁盤備自投動(dòng)作不成功，造成機(jī)旁盤母線失壓的原因，備自投動(dòng)作情況符合設(shè)備現(xiàn)狀。

4　結(jié)論

在當(dāng)前的保護(hù)配置、備自投方式和開關(guān)特性下，當(dāng)110kV B線（或A線）近距離發(fā)生三相短路的嚴(yán)重故障時(shí)，200ms的大幅電壓暫降將造成右岸機(jī)組機(jī)旁盤（母線1）失壓，機(jī)旁盤備自投動(dòng)作不成功，對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

5　改進(jìn)方法及分析

5.1改進(jìn)

110kV B線近端嚴(yán)重故障切除時(shí)間太長(zhǎng)是造成機(jī)旁失壓的根本原因之一，但保護(hù)定值的重新核算整定屬于省網(wǎng)地區(qū)供電局的管轄范疇，在此不作討論。更換新型的雙電源自動(dòng)切換裝置（備自投）并選擇適當(dāng)?shù)氖貉訒r(shí)，可以增加發(fā)電機(jī)組機(jī)旁盤電源持續(xù)運(yùn)行的可靠性。雙電源自動(dòng)切換裝置的工作方式一般有自投自復(fù)、自投不自復(fù)、互為備用三種。機(jī)旁盤所帶的主要負(fù)荷為Ⅰ類、Ⅱ類負(fù)荷，不宜選擇自投自復(fù)，否則瞬間的電壓暫降、或上級(jí)備自投動(dòng)作造成的暫時(shí)失壓，都將使機(jī)旁盤進(jìn)線開關(guān)動(dòng)作兩次，負(fù)荷及電源將承受兩次沖擊；自投不自復(fù)方式使持續(xù)供電可靠性降低，也不適用于機(jī)旁盤。互為備用的方式能提高機(jī)旁盤供電的可靠性，也是該廠機(jī)旁盤當(dāng)前使用的備自投方式㈠，因此選擇恰當(dāng)?shù)氖貉訒r(shí)以躲過110kV B線切除故障的時(shí)間是解決問題的關(guān)鍵。

5.2效果分析

110kV B線切除故障時(shí)間約為200ms，將欠壓脫扣器整定為0. 5秒可有效躲過上述情況造成的機(jī)旁盤（母線1）失壓。機(jī)旁盤所帶的主要負(fù)荷有現(xiàn)地控制單元、調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁風(fēng)機(jī)，壓油泵、頂蓋排水泵等，現(xiàn)地控制單元、調(diào)速器和勵(lì)磁均有交、直流雙電源，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)和頂蓋排水泵（15kW）均有取自旁機(jī)的備用電源（或交叉電源），0.5秒的失壓切換或0.2秒的欠壓對(duì)以上設(shè)備、對(duì)機(jī)組均無影響。

機(jī)旁盤電源、廠用變壓器容量按輔機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)設(shè)計(jì)，三臺(tái)壓油泵每臺(tái)容量75kW、額定電流110A，#1、#2壓油泵為全壓?jiǎn)?dòng)，#3壓油泵為變頻啟動(dòng)，其中#2壓油泵由另一段電源的母線2供電。壓油泵電機(jī)0.5秒的失壓重啟或0.2秒欠壓運(yùn)行仍能維持一定的轉(zhuǎn)差率，繞組電流不會(huì)達(dá)到正常全壓?jiǎn)?dòng)4～7倍的Ie。由此得知，即使故障時(shí)刻四臺(tái)機(jī)組的壓油泵均同時(shí)在運(yùn)行狀態(tài)，油泵0.2秒的欠壓運(yùn)行或者0.5秒的電壓切換造成的油泵重啟，對(duì)額定電流800A的機(jī)旁盤進(jìn)線開關(guān)和容量800kVA的400V廠用變壓器均無影響，也不影響輔機(jī)本體的運(yùn)行。

6　結(jié)語

通過對(duì)本次110kV B線故障及歷年220kV、110kV各線路故障情況的分析、對(duì)機(jī)旁盤進(jìn)線開關(guān)特性及運(yùn)行方式的排查，明確了被本次線路故障引起的機(jī)組自用電消失的原因，并提出相應(yīng)的解決方法。從本例可看出，線路故障切除時(shí)間的延時(shí)引起的電壓暫降持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，對(duì)機(jī)組自用電備自投的影響不可忽視，而發(fā)電機(jī)組控制設(shè)備和輔機(jī)對(duì)機(jī)旁自用電供電的持續(xù)性和可靠性又提出了很高的要求，因此，合理選擇機(jī)旁電源備自投方式，對(duì)水電廠發(fā)電機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的。

韋衛(wèi)（1970—），男，廣西柳州人，工程師 ，單位：大唐發(fā)電集團(tuán)廣西桂冠電力大化水力發(fā)電總廠，職務(wù)：發(fā)電部運(yùn)行值長(zhǎng)。