快切閉鎖導(dǎo)致廠用電中斷事故分析及處理

葉朋珍，鄭 文，濮浩東（.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 440；.長春工程學(xué)院，吉林 長春 300）

快切閉鎖導(dǎo)致廠用電中斷事故分析及處理

葉朋珍1，鄭 文2，濮浩東1
（1.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244012；2.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130012）

對一起廠用電切換過程中發(fā)生的廠用電中斷事故進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取改進(jìn)措施，以避免廠用電切換過程中快切裝置被誤閉鎖，確保廠用電在事故情況下的正確切換，保證廠用電的正常運(yùn)行。

快切裝置；閉鎖；廠用電；失磁保護(hù)；PT斷線

0 引言

廠用電快切裝置作為廠用電的核心裝置，涉及機(jī)組眾多重要輔機(jī)的電源，其重要性不言而喻。一旦快切裝置在事故情況下不能及時將工作電源切換至備用電源，則可能導(dǎo)致全廠廠用電中斷和重要設(shè)備無法工作，影響主設(shè)備的安全運(yùn)行，危害將不可估量。

雖然隨著快切理論日益完善和設(shè)備制造工藝水平的不斷提高，廠用電快切裝置越來越可靠，但是快切失敗的事件仍然時有發(fā)生。為此，必須對系統(tǒng)進(jìn)行全面分析和試驗(yàn)，找出問題根源，從而采取相應(yīng)對策，確保快切裝置在事故情況下的可靠切換，保證廠用電電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 事故經(jīng)過

某電廠3號機(jī)為300 MW機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HG-1025/18.2-YM6型汽包爐。電氣6 kV廠用電及快切系統(tǒng)為常規(guī)設(shè)計(jì)方案，廠用電6 kV分4段運(yùn)行，設(shè)2套快切裝置（見圖1）。在2014年機(jī)組大修后的廠用電快切試驗(yàn)過程中，發(fā)生了快切裝置動作不成功導(dǎo)致廠用電中斷的事故。

2014-11-18，機(jī)組經(jīng)大修已并網(wǎng)運(yùn)行，在進(jìn)行滑參數(shù)停機(jī)過程中，鍋爐意外熄火；由于熱工主蒸汽溫度低保護(hù)未投入，汽輪機(jī)未聯(lián)鎖跳閘且仍然帶15 MW負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組準(zhǔn)備事故停機(jī)。在帶低負(fù)荷運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員做廠用電切換試驗(yàn)，但由于事先未組織討論方案，直接將發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)拉閘（運(yùn)行人員誤認(rèn)為滅磁開關(guān)聯(lián)跳發(fā)變組保護(hù)），導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行。后因發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行達(dá)-160 Mvar，發(fā)變組保護(hù)未能動作，立即手動斷開發(fā)變組出口開關(guān)。由于快切裝置正好在此過程中發(fā)出“快切裝置閉鎖”信號，快切裝置未能將廠用電切換至備用電源，且此時保安系統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)方/就地開關(guān)不在遠(yuǎn)方狀態(tài)，柴油發(fā)電機(jī)未能正常啟動，導(dǎo)致機(jī)組廠用電中斷；后經(jīng)過手動將廠用電恢復(fù)至備用電源運(yùn)行。所幸直流系統(tǒng)聯(lián)鎖正常，才未造成重大的設(shè)備損壞事故。檢查快切裝置的故障記錄，發(fā)現(xiàn)是由于快切裝置被外部信號閉鎖，最終導(dǎo)致快切裝置不能啟動。

2 原因分析

2.1 事故時序與數(shù)據(jù)分析

通過對DCS數(shù)據(jù)、發(fā)變組保護(hù)數(shù)據(jù)、快切裝置數(shù)據(jù)和歷史曲線分析，并結(jié)合現(xiàn)場情況及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，確認(rèn)事故時序及數(shù)據(jù)如下（見表1）：首先發(fā)電機(jī)誤斷開滅磁開關(guān)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁并進(jìn)相運(yùn)行，進(jìn)相深度達(dá)到-160 Mvar；6 kV廠用電電壓下降，且控制室照明變暗，廠用電快切和發(fā)變組保護(hù)均未動作。于是運(yùn)行人員手動分?jǐn)喟l(fā)變組出口2803開關(guān)，快切裝置發(fā)出“裝置閉鎖”信號；發(fā)變組保護(hù)外部重動3動作，自動跳開6 kV工作進(jìn)線開關(guān)。但是由于快切裝置已被閉鎖，未能將廠用電源切換至起備變運(yùn)行，導(dǎo)致6 kV廠用母線失電。

上述過程有以下幾個問題需要分析：

表1 事件時序及數(shù)據(jù)

（1） 滅磁開關(guān)跳閘，失磁保護(hù)未動作啟動廠用電快切的原因；

（2） 閉鎖信號發(fā)出的原因；

（3） 快切裝置檢測到異常并發(fā)出了閉鎖信號，作為開入量接入DCS的閉鎖信號，卻未能被DCS檢測和記錄下來的原因。

2.2 失磁保護(hù)未動作原因

根據(jù)發(fā)變組失磁保護(hù)的定值和失磁前后DCS有功、無功數(shù)據(jù)，將失磁后的阻抗動作軌跡轉(zhuǎn)化在阻抗圖（見圖2）中。從圖2中動作軌跡和異步圓來看，發(fā)電機(jī)失磁后已進(jìn)入異步圓運(yùn)行，再結(jié)合失磁保護(hù)I，Ⅱ段邏輯和定值分析如下。

（1） 失磁保護(hù)I段邏輯判據(jù)為：阻抗圓+轉(zhuǎn)子低電壓+減出力+無功反向。雖阻抗圓、轉(zhuǎn)子低電壓和無功反向判據(jù)均滿足，但是由于I段加入了減出力判據(jù)，要求P＞40 % Pn，由于失磁時，發(fā)電機(jī)有功僅為5 % Pn，在失磁I段中，減出力判據(jù)無法滿足要求，導(dǎo)致失磁保護(hù)I段不能動作。

（2） 失磁保護(hù)Ⅱ段的邏輯判據(jù)為：母線低電壓+阻抗圓+轉(zhuǎn)子低電壓+無功反向。阻抗圓、轉(zhuǎn)子低電壓和無功反向均滿足條件；但由于母線低電壓判據(jù)選取的是系統(tǒng)電壓，系統(tǒng)電壓在失磁過程中只下降了約2 %（定值為U＜90 % Un），故在失磁Ⅱ段中，母線低電壓定值無法滿足要求，導(dǎo)致失磁保護(hù)Ⅱ段不能動作。

失磁I，Ⅱ段保護(hù)均不能動作，而Ⅲ段、Ⅳ段并未投運(yùn)跳閘，因此導(dǎo)致失磁保護(hù)不能動作。

圖2 失磁保護(hù)阻抗軌跡

2.3 閉鎖信號產(chǎn)生原因

閉鎖信號產(chǎn)生的原因有：

（1） 人為退出切換功能；

（2） 開關(guān)位置異常（含備用電源開關(guān)和PT隔離開關(guān)位置）。

經(jīng)過對DCS事件記錄及數(shù)據(jù)分析，因DCS未發(fā)出“手動退出快切”信號，唯一可能的原因是“開關(guān)位置異?！毙盘枌?dǎo)致的快切閉鎖。

而導(dǎo)致開關(guān)位置異常的可能原因有：

（1） PT隔離開關(guān)位置異常；

（2） 備用電源進(jìn)線開關(guān)位置異常。

正常運(yùn)行情況下，PT隔離開關(guān)位置為常閉接點(diǎn)，備用電源進(jìn)線開關(guān)為常開接點(diǎn)。常閉接點(diǎn)誤動作的可能性較高；且事后立即對備用電源進(jìn)線開關(guān)進(jìn)行了分合閘試驗(yàn)，均無任何問題出現(xiàn)，因此排除了備用電源進(jìn)線開關(guān)位置異常的可能。

經(jīng)過對回路的分析，查明快切裝置原“PT隔離開關(guān)位置異?！毙盘栞斎朐O(shè)計(jì)為一串接的綜合開關(guān)量，即由PT隔離開關(guān)常閉輔助接點(diǎn)HJD串接PT斷線中間繼電器1ZJ的常閉接點(diǎn)（見圖3）。一旦任意一接點(diǎn)返回或端子松動，快切裝置將被閉鎖。而事故后，對控制回路中的端子及接線進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)端子松動現(xiàn)象。

圖3 PT斷線閉鎖快切原理

綜合分析得出，在本次廠用電中斷過程中，滅磁開關(guān)拉閘后，用于判斷PT斷線的低電壓繼電器1YJ，2YJ，3YJ由于在發(fā)變組出口開關(guān)斷開后失壓動作過程中不同步，導(dǎo)致誤發(fā)“PT斷線”信號。PT斷線后，1ZJ動作，常閉接點(diǎn)打開，發(fā)出“PT隔離開關(guān)位置異?！毙盘枺瑢⒖烨醒b置閉鎖。由于快切裝置閉鎖后，必須手動復(fù)位才能重新具備快切功能，從而導(dǎo)致廠用電未能切換。最后，6 kV廠用電電源進(jìn)線開關(guān)由發(fā)變組保護(hù)中的外部重動保護(hù)動作跳開。

由圖3可知，在模擬母線失壓試驗(yàn)過程中，上述分析也得到了驗(yàn)證。對電壓繼電器在失壓過程中啟動1ZJ動作的綜合接點(diǎn)“101-015”進(jìn)行錄波；經(jīng)過多次測試，發(fā)現(xiàn)該綜合接點(diǎn)每次均出現(xiàn)1-3 ms的方波，導(dǎo)致1ZJ動作，從而發(fā)出“PT隔離開關(guān)位置異?！毙盘枺]鎖快切裝置。

2.4 DCS未檢測到開關(guān)量原因

由于DCS控制系統(tǒng)I/O卡件對大于7 ms的接點(diǎn)動作才能可靠檢測，而對持續(xù)時間小于3 ms的接點(diǎn)動作不可檢測。同時，DPU的掃描周期為200 ms，即開關(guān)量需要大于200 ms才能可靠執(zhí)行，而歷史數(shù)據(jù)庫存儲周期則更長達(dá)1.0 s。由于低電壓繼電器不同步發(fā)出的“PT斷線”脈沖信號過短，導(dǎo)致DCS無法采樣并記錄下來。但是快切裝置的采樣頻率高達(dá)1 200 Hz，所以可以采樣到1-3 ms的方波并發(fā)出“快切裝置閉鎖”信號，導(dǎo)致電源進(jìn)線跳閘后快切未能將廠用電切換至備用電源供電。

3 解決措施

根據(jù)以上各個環(huán)節(jié)的分析，可以從滅磁開關(guān)聯(lián)鎖邏輯、失磁保護(hù)、外部開入的閉鎖快切條件3個環(huán)節(jié)入手，解決快切裝置被非正常閉鎖的問題。

（1） 增加滅磁開關(guān)至發(fā)變組保護(hù)的聯(lián)鎖跳閘回路，確保滅磁開關(guān)動作后及時啟動發(fā)變組保護(hù)，以主動切換廠用電。目前，各電力設(shè)計(jì)院對滅磁開關(guān)跳閘后是否聯(lián)鎖跳發(fā)變組保護(hù)問題，所持意見各不相同。根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2014版）》5.1.19條和JB/T10499-2005《透平型發(fā)電機(jī)非正常運(yùn)行工況設(shè)計(jì)和應(yīng)用導(dǎo)則》4.2條以及發(fā)電機(jī)說明書規(guī)定，不允許發(fā)電機(jī)長時間失磁運(yùn)行。考慮到大部分情況下勵磁系統(tǒng)無備用勵磁，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，若滅磁開關(guān)已跳閘（不論是事故跳閘或手動跳閘），都需要查明原因后才能恢復(fù)勵磁。為了確保發(fā)電機(jī)組和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，及時切換廠用電和降負(fù)荷，或延時跳發(fā)變組保護(hù)，以作為發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘的第1道硬聯(lián)鎖“保護(hù)”。

（2） 失磁保護(hù)應(yīng)確保在低負(fù)荷狀態(tài)下正確動作，為此需增加發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)Ⅲ段。其判據(jù)為轉(zhuǎn)子低電壓+阻抗圓+無功反向判據(jù)，以保證在低負(fù)荷情況下，發(fā)電機(jī)失磁后，失磁保護(hù)立即動作于切換廠用電或延時作用于停機(jī)，以確保廠用電安全。

（3） 由于MFC-2000-3A快切裝置內(nèi)部已經(jīng)有“母線PT斷線”的判據(jù)（見圖4），因此，可以取消作為閉鎖條件輸入快切裝置的外部PT斷線判據(jù)（改造后，見圖3），投入快切裝置內(nèi)部“母線PT斷線”判據(jù)，實(shí)現(xiàn)母線PT斷線的檢測。由此可以解決在失壓或其他異常條件下，低電壓繼電器動作不一致導(dǎo)致的快切被“誤”閉鎖，從而避免廠用電中斷事故的發(fā)生。

經(jīng)過以上3項(xiàng)技改措施的實(shí)施，確保了滅磁開關(guān)跳閘能聯(lián)鎖啟動快切，發(fā)變組保護(hù)在低負(fù)荷狀態(tài)下其失磁保護(hù)能正確動作；避免“低電壓繼電器動作不一致”導(dǎo)致的快切裝置被“誤”閉鎖的發(fā)生，確保了快切裝置的正確動作。電廠還計(jì)劃在機(jī)組檢修時，將與快切裝置有關(guān)的重要電氣量接入故障錄波器，從而可以根據(jù)事故情況下快切裝置相關(guān)信號的錄波，更準(zhǔn)確地分析事故。

圖4 快切裝置PT斷線判據(jù)

4 結(jié)束語

目前有眾多的快切系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍然為外回路接入的“PT隔離開關(guān)位置異?！本C合閉鎖信號，在失磁、失步和系統(tǒng)振蕩等異常情況下，均有可能因低電壓繼電器動作特性不一致導(dǎo)致閉鎖信號發(fā)出，從而閉鎖快切裝置使廠用電失電，因此必須高度重視這一問題。

從此次快切未成功導(dǎo)致的廠用電中斷事故的分析可以看到，事故的發(fā)生及擴(kuò)大，往往是多重因素導(dǎo)致的。只有在對快切裝置、發(fā)變組保護(hù)、DCS等設(shè)備的詳細(xì)分析后，才能查明原因，并提出和采取相應(yīng)的措施加以解決?？烨醒b置作為機(jī)組廠用電的核心設(shè)備，在其設(shè)計(jì)、改造、施工和運(yùn)行過程中，必須考慮到影響其正確動作的各種因素，及時采取措施加以改進(jìn)和完善，確保廠用電在事故情況下的可靠切換。

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2015-06-23；

2015-09-25。

葉朋珍（1983-），男，工程師，從事發(fā)電廠電氣檢修管理工作，email：ypzabc2008@163.com。

鄭 文（1972-），女，副教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動化。

濮浩東（1969-），男，高級技師，從事發(fā)電廠繼電保護(hù)檢修管理工作。