一起電壓波動引發(fā)汽輪機跳閘事件的分析

黨建華，甄世宏，張 軍

(大唐八○三發(fā)電廠，甘肅 蘭州 732850)

一起電壓波動引發(fā)汽輪機跳閘事件的分析

黨建華，甄世宏，張 軍

(大唐八○三發(fā)電廠，甘肅 蘭州 732850)

針對某發(fā)電廠35 kV系統(tǒng)電壓波動引發(fā)3號汽輪機跳閘的事件，分析了跳閘原因，提出了汽輪機超速保護動作跳機的2種可能性，通過試驗予以驗證，最終確定了事件原因，并采取了針對性的防控措施，對同類電廠有借鑒意義。

汽輪機；熱機保護；電壓波動；跳閘

0 引言

某發(fā)電廠在機組正常運行期間，發(fā)生了35 kV系統(tǒng)Ⅰ母某開關(guān)A相CT開關(guān)側(cè)絕緣擊穿，造成35 kV系統(tǒng)A相接地發(fā)展為相間短路的故障，引起35 kV系統(tǒng)Ⅰ母母差保護動作(跳開母聯(lián)開關(guān)及Ⅰ母上所有元件)，35 kV系統(tǒng)Ⅰ母失壓;同時在短路發(fā)生過程中，3號機熱機保護UPS(Uninterruptible Power System，不間斷電源)系統(tǒng)因輸入電源波動，引發(fā)3號汽輪機跳閘，聯(lián)跳3號機一變?nèi)齻?cè)開關(guān)及滅磁開關(guān)，導(dǎo)致35 kV系統(tǒng)Ⅱ母失壓。

1 事件經(jīng)過

事件發(fā)生前，該廠110 kV系統(tǒng)雙母線運行，其中1號機一變110 kV側(cè)接Ⅰ母、3號機一變110 kV側(cè)接Ⅱ母運行；35 kV系統(tǒng)雙母線運行，其中1號機一變35 kV側(cè)接Ⅰ母、3號機一變35 kV側(cè)接Ⅱ母運行。1號機帶廠用6 kVⅠ，Ⅲ，Ⅳ段，3號機帶6 kVⅡ段；0號廠高變35 kV側(cè)接Ⅱ母運行，帶6 kVⅤ段運行并作全廠備用電源，110 kV側(cè)備用。

在事件發(fā)生時，35 kV系統(tǒng)電壓波動，引起1號發(fā)電機出口的6 kVⅠ段、3號發(fā)電機出口的6 kVⅡ段電壓波動。繼而引起由6 kVⅠ段供電的1號廠用變所帶的380 V母線Ⅰ段電壓波動；由6 kVⅡ段供電的3號廠用變所帶的380 V母線Ⅲ段電壓波動(因1號備用廠變聯(lián)動成功，380 VⅢ段母線雖未失壓，但在切換過程中引起了電壓波動)。3號汽輪機熱機保護系統(tǒng)UPS的380 V母線Ⅰ，Ⅲ段2路輸入電源波動(降低)，引發(fā)3號汽輪機跳閘。

2 熱機保護系統(tǒng)說明

3號汽輪機熱機保護系統(tǒng)采用Modicon PLC程序控制裝置，保護項目包括潤滑油壓低、真空低、超速、手動停機、主汽門關(guān)閉、軸向位移大、發(fā)電機主保護動作、油開關(guān)跳閘等。其中，超速保護信號取自BN3300 TSI系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速卡“三取二”超速報警輸出。

3號汽輪機熱機保護系統(tǒng)電源采用UPS供電，UPS輸入電源為380 V母線Ⅰ，Ⅲ段2路互備電源，同時采用蓄電池組作為備用電源。UPS所帶負載包括熱機保護PLC、高加保護PLC、BN3300 TSI裝置等。

3 汽輪機跳閘現(xiàn)象及其原因分析

3號汽輪機跳閘后，經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)3號機熱機保護PLC和高加保護PLC處于停運狀態(tài)(熱機保護和高加保護采用的Modicon PLC在上電后需使用手操器重新啟動)，熱機保護PLC輸入通道2(真空低)、7(油開關(guān)跳閘)、8(電氣主保護動作)、12(真空低)、13(真空低)指示燈亮；3號機TSI系統(tǒng)轉(zhuǎn)速卡顯示“TDER”報警。

3.1 轉(zhuǎn)速卡報警

BN3300 TSI裝置的3塊轉(zhuǎn)速卡件均發(fā)出“TDER”報警，轉(zhuǎn)速探頭失去測量電源。卡件在檢測到反饋通道沒有反饋電壓后，發(fā)出“TDER”報警。由此現(xiàn)象可知：BN3300 TSI裝置曾發(fā)生過失電現(xiàn)象。同時，根據(jù)3號機熱機保護PLC和高加保護PLC處于停運狀態(tài)的現(xiàn)象可知：3號汽輪機熱機保護系統(tǒng)曾發(fā)生過失電現(xiàn)象。

3.2 熱機保護系統(tǒng)失電

熱機保護系統(tǒng)電源采用UPS供電，UPS存在以下4種供電方式：

(1) UPS輸入的380 V母線Ⅰ，Ⅲ段2路同時并聯(lián)供電；

(2) 當380 V母線Ⅰ段故障時，則由380 V母線Ⅲ段供電；

(3) 當380 V母線Ⅲ段故障時，則由380 V母線Ⅰ段供電；

(4) 當380 V母線Ⅰ，Ⅲ段2路同時失電時，則由蓄電池組供電。

3號汽輪機跳閘前系統(tǒng)電壓波動，影響到380 V母線Ⅰ，Ⅲ段2路電源均無法正常供電，此時應(yīng)由蓄電池組供電。但由于蓄電池組已老化失效，因此在外接電源異常時，未能及時切換至蓄電池組為UPS所帶負載穩(wěn)定供電，造成熱機保護系統(tǒng)和TSI裝置失電。系統(tǒng)電壓穩(wěn)定后，UPS重新恢復(fù)供電，各裝置也相應(yīng)恢復(fù)電源。

3.3 汽輪機跳閘

熱機保護系統(tǒng)失電后，熱機保護PLC失電停止工作，BN3300 TSI裝置失電停止工作。分析此現(xiàn)象，引起汽輪機跳閘的原因可能有以下2種。

(1) 超速保護動作跳機。TSI裝置的轉(zhuǎn)速卡件所輸出的超速保護信號為其內(nèi)部超速繼電器的常閉接點。當TSI裝置電源電壓受380 V母線Ⅰ，Ⅲ段電源電壓波動影響而降低至超速繼電器有效工作電壓范圍以下時，繼電器失電，常閉接點接通，超速保護信號發(fā)出。此時若熱機保護PLC仍在有效工作電壓范圍內(nèi)，則會觸發(fā)熱機保護動作跳機。

(2) 系統(tǒng)電壓波動時，熱機保護PLC工作電源電壓不穩(wěn)，造成PLC內(nèi)部邏輯重置，輸出通道置1，熱機保護動作停機。

4 汽輪機跳閘原因試驗驗證

通過降壓試驗，模擬系統(tǒng)電壓波動對熱機保護PLC和TSI裝置的影響，檢查熱機保護動作情況，從而驗證系統(tǒng)電壓波動引發(fā)3號汽輪機跳閘的原因。具體的試驗過程及結(jié)果如下。

(1) 在不接入蓄電池組的情況下，采用調(diào)壓器改變UPS輸入電壓。當輸入電壓低至106 V時，UPS停止工作，UPS所帶負載均失電；電壓回升至170 V時，UPS恢復(fù)工作，所帶負載均恢復(fù)供電。試驗過程中，UPS所帶的熱機保護PLC和TSI裝置同時失電、同時恢復(fù)供電，期間未發(fā)生熱機保護動作，熱機保護PLC無輸出置1的現(xiàn)象，可以排除熱機保護PLC引起跳機的可能性。

(2) 采用調(diào)壓器單獨改變TSI裝置的輸入電壓，當輸入電壓低至144 V時，TSI裝置超速卡件輸出“三取二”超速報警信號至熱機保護PLC；采用調(diào)壓器單獨改變熱機保護PLC輸入電壓，當輸入電壓低至93 V時，熱機保護PLC失電。通過試驗可見BN3300 TSI裝置的最低工作電壓在熱機保護PLC最低工作電壓之上。

通過試驗現(xiàn)象并經(jīng)進一步檢查分析，可知由于熱機保護系統(tǒng)UPS的電源蓄電池組老化及其控制回路故障，在UPS輸入電源電壓波動時，UPS處于旁路工作狀態(tài)，其內(nèi)部穩(wěn)壓回路和蓄電池組供電回路均未正常工作，導(dǎo)致UPS所帶的熱機保護PLC，TSI裝置等負載均直接由380 V母線Ⅰ，Ⅲ段供電，UPS失去作用。當系統(tǒng)電源波動時，380 V母線Ⅰ，Ⅲ段電壓降低，使TSI裝置先于熱機保護PLC失電，觸發(fā)超速保護動作停機。

5 結(jié)束語

通過對3號汽輪機跳閘現(xiàn)象及原因的分析和試驗驗證，明確了熱機保護系統(tǒng)UPS電源蓄電池組老化、控制回路故障是造成系統(tǒng)電壓波動引發(fā)3號汽輪機跳閘的內(nèi)在原因，35 kV系統(tǒng)設(shè)備故障是汽輪機跳閘的外部原因。針對以上原因，需加強以下幾點工作：

(1) 在機組運行期間，熱控及運行人員應(yīng)檢查UPS系統(tǒng)、UPS狀態(tài)指示燈的運行狀態(tài)，確認它們均處于正常狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)問題需及時處理；

(2) 機組停運后，熱控人員應(yīng)檢查UPS及蓄電池組并進行相關(guān)試驗， UPS電池供電備用時間不應(yīng)小于說明書規(guī)定備用時間（一般應(yīng)保證連續(xù)供電30 min）；

(3) 針對CT絕緣擊穿的事故誘因，電氣檢修人員應(yīng)在設(shè)備巡視中加強對CT等設(shè)備的外觀檢查和紅外成像測溫；按規(guī)定做好絕緣監(jiān)督工作，掌控設(shè)備劣化規(guī)律，防止CT等設(shè)備在運行中發(fā)生故障。

1 孫立明，孫衛(wèi)東．汽輪機跳閘的原因分析及改造措施[J].電力安全技術(shù)，2013，15(4):43-44.

2 電力行業(yè)熱工自動化標準化技術(shù)委員會．DL/T 774—2004火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)程[S]．北京：中國電力出版社，2004.

“本質(zhì)安全”主題征文啟事

為了進一步學(xué)習、落實習近平總書記和李克強總理關(guān)于安全生產(chǎn)工作的重要指示批示精神，深入貫徹全國安全生產(chǎn)電視電話會議、全國安全生產(chǎn)工作會議以及全國電力安全生產(chǎn)電視電話會議精神，國網(wǎng)、南網(wǎng)、各發(fā)電集團等電力企業(yè)年初均召開安全生產(chǎn)工作會議，強調(diào)本年度要強化和推進本質(zhì)安全建設(shè)，以實現(xiàn)電力企業(yè)的長治久安。為配合和支持“本質(zhì)安全”建設(shè)活動，為活動營造良好氛圍，促進提升對本質(zhì)安全的認識和重視程度，推進本質(zhì)安全建設(shè)工作的落實，總結(jié)本質(zhì)安全建設(shè)的理論研究成果和實踐經(jīng)驗，本刊決定開展“本質(zhì)安全”主題征文活動。

一、征文范圍

(1) 本質(zhì)安全建設(shè)相關(guān)的理論研究成果；(2) 開展本質(zhì)安全企業(yè)建設(shè)的實踐經(jīng)驗；(3) 開展本質(zhì)安全評價的方法研究及應(yīng)用；(4) 智能變電站的管理和運維工作；(5) 改擴建電力工程反事故措施的落實；(6) 設(shè)備的規(guī)范化檢修和全生命周期管理策略研究；(7) 電網(wǎng)防災(zāi)和應(yīng)急處置；(8) 供電可靠性管理。

二、征文截止時間

2017年10月20日。

三、征文要求

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五、投稿方式

電子郵箱：est@csest.sina.net或est@cgnpc.com.cn。聯(lián)系電話：0512-68603409。

《電力安全技術(shù)》編輯部

2016-11-23。

黨建華(1985—)，男，助理工程師，主要從事電廠熱控等工作，email：yuhun163@126.com。

甄世宏(1966—)，男，高級工程師，主要從事電廠繼電保護工作。

張 軍(1971—)，男，技師，主要從事電廠熱控等工作。