火電機組電氣和熱工保護不正常動作隱患排查及治理措施

張仲琪

（山西魯能河曲發(fā)電有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

“十二五”期間，我國大機組可靠性水平整體邁向一個新臺階，全國主力發(fā)電機組等效可用系數(shù)近年來始終維持在90%以上的高位。10萬千瓦及以上容量等級火電機組年平均非計劃停運次數(shù)由2010年0.65臺次（2012年和2014年分別是0.60臺次、0.48臺次）下降至2016年的0.35臺次，這對我國火電機組發(fā)電量占71.6%的電源結(jié)構(gòu)意義非凡。全年“零非?！睓C組逐漸成為主流，最高創(chuàng)下了在網(wǎng)連續(xù)運行超過1 000天的記錄[1]。電氣保護和熱工保護兩大系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行、可靠正確動作，是確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，是火電機組控非停工作的主要內(nèi)容。因此，分析總結(jié)機組投運后影響火電機組電氣、熱工保護可靠性的典型問題，進一步優(yōu)化改善切實可行的控非停措施，提高機組可靠性，使其更加安全、穩(wěn)定與經(jīng)濟地運行。需要說明的是，本文對不正常動作的定義為保護誤動作、人為失誤、邏輯缺陷、硬件故障和天氣等原因造成的保護動作。

1 典型案例分析

1.1 反措執(zhí)行不徹底，隱患排查不深入，導致機組非停

對反措認識不足，執(zhí)行停留在表面，沒有深入排查現(xiàn)場實際情況；因生產(chǎn)管理、人員結(jié)構(gòu)等問題，造成隱患排查不深入、不全面；排查方式單一、機械，不能廣泛挖出存在的隱患；隱患治理工作推進遲緩，導致發(fā)生機組非停事件。

1.1.1 案例一

電網(wǎng)發(fā)生近距離接地故障，地網(wǎng)中接地故障電流大，500 kV升壓站二次等電位地網(wǎng)不完善抗干擾能力低，發(fā)變?nèi)鴨⑹ъ`開入光耦動作功率低，導致2臺600 MW機組同時跳閘事故。某電廠500 kV升壓站為3/2接線方式，2006年08月12日，二回線發(fā)生C相瞬間接地故障，故障點距電廠47.3 km，線路保護正確動作。上述故障發(fā)生的同時，1號機串5021、5022開關(guān)和2號機串5031、5032斷路器保護，因C相瞬間故障導致突變量啟動。同時斷路器保護分別接收到#1、#2發(fā)變?nèi)ъ`啟動信號。73 ms后，上述4臺斷路器同時跳開，#1、#2機組停運。斷路器保護接收到發(fā)變?nèi)鴨邮ъ`信號原因為二回線發(fā)生單相接地故障時，#1、#2主變高壓側(cè)中性點共有約6.5 kA的故障電流注入地網(wǎng)。該電流使電廠地網(wǎng)地電位上升，并對二次回路產(chǎn)生了電磁干擾。發(fā)變組保護啟動5021、5022、5031、5032斷路器保護“發(fā)變?nèi)ъ`”回路電纜較長（770 m），失靈光耦動作功率非常低，約0.067 W。由于二次電纜的分布電容效應、地網(wǎng)故障電流及電位的變化，導致4套斷路器保護的發(fā)變?nèi)ъ`光耦導通。經(jīng)查，該廠未進行等電位二次網(wǎng)的相關(guān)設(shè)計，未落實“《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》[2]（2014版）關(guān)于“敷設(shè)與廠、站主接地網(wǎng)緊密連接的等地位接地網(wǎng)”的要求。

檢查過程。根據(jù)圖紙并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對#1、#2號發(fā)變組串間隔所有二次交、直流回路絕緣進行測試，電阻值均大于1 MΩ，未發(fā)現(xiàn)異常。在5031斷路器保護柜發(fā)變?nèi)鹗ъ`回路，將兩電纜芯在發(fā)變組保護保護屏短接，測得電阻為8.046 Ω，單芯電阻為4.023 Ω；將其中一芯電纜接地，測得電阻為3.947 Ω；將兩芯合并接地，測得電阻為2.1 Ω。一芯電纜中加入100 V交流電壓，測量充電電流為6 mA，單芯對地分布電容約0.19 μF；在兩芯之間加入100 V交流電壓，測量充電電流為2.7 mA，芯間分布電容約0.086 μF，電纜長度為770 m。此外，發(fā)變?nèi)鴨邮ъ`電纜對地、芯間存在較大分布電容。

以對斷路器保護柜內(nèi)“發(fā)變?nèi)鴨⑹ъ`”開入光耦和斷路器分相操作箱內(nèi)跳閘繼電器進行動作功率測試（以5031斷路器保護（南自PLS632）為例，各繼電器動作功率在0.7～1.4 W，其中發(fā)變?nèi)鴨⑹ъ`光耦動作功率僅為0.067 W，動作電流為1 mA。

防范措施。第一，升級改造南自斷路器操作箱跳閘內(nèi)繼電器板，將發(fā)變組保護（GE）、線路保護（上海繼電器和GE）中所有跳閘中間繼電器和三跳啟失靈光耦、縱聯(lián)保護遠跳光耦，更換為啟動功率不小于5 W的大功率繼電器；將發(fā)電機變壓器的非電量保護（動作于跳閘的）開入增加動作功率不小于5 W的大功率中間繼電器。第二，在廠房、網(wǎng)控及之間的電纜隧道內(nèi)，敷設(shè)截面積100 mm2的裸銅纜，并與主接地網(wǎng)緊密連接。在就地端子箱保護盤柜下電纜夾層、保護盤柜下，按反措要求敷設(shè)100 mm2的裸銅排（首尾相連），通過不少于4根截面積不小于50 mm2的裸銅纜與主接地網(wǎng)緊密相連，同時等電位接地網(wǎng)可靠連接。將各二次電纜屏蔽層緊密與盤柜內(nèi)接地銅排相連。緊密程度為確保主接地網(wǎng)與二次等電位接地網(wǎng)之間電阻小于0.01 Ω。

1.1.2 案例二

600 MW發(fā)電機勵磁系統(tǒng)（ABB UN5000）因整流柜冷卻風機電源故障導致機組跳閘。2009年5月24日，某廠#1機組因勵磁系統(tǒng)整流柜內(nèi)風機電源消失導致機組停機。機組運行過程中，由于振動等原因使本已松動的風機工作電源電壓采樣線脫落（誘因），導致風機電源由工作向備用進行切換。切換過程中，由于恰工作電源繼電器接點粘聯(lián)，導致兩路電源發(fā)生并聯(lián)而產(chǎn)生大電流，過流導致兩路電源開關(guān)跳閘，造成兩路風機電源消失。

電源切換繼電器接點容量較小，接點額定電流為5 A，回路設(shè)計時采用兩副接點并聯(lián)。風機正常運行電流約為9 A。廠級設(shè)計時沒有考慮接點動作的一致性，沒有充分考慮設(shè)備長期在環(huán)境溫度較高、周圍環(huán)境較惡劣。因此，較多灰塵可能進入接點之間，導致觸點閉合時不能夠充分接觸而造成觸點間拉弧，而長時間會造成個別觸點粘連的情況。此外，沒有充分考慮風機啟動及切換時承受的至少25 A電流，大電流對接點灼傷可能會導致接點粘連的情況，因此在分斷若干次大電流后，繼電器觸點會灼傷。針對以上分析，對ABB勵磁系統(tǒng)整流柜冷卻風機電源切換回路進行改造，將電源切換繼電器更換為單付接點容量為30 A的接觸器，有效避免由于接點容量不足導致灼傷粘連的問題。該接觸器具有合閘和跳閘兩副線圈。改造后，未發(fā)生過缺陷或異常情況。

1.1.3 案例三

單點取樣使保護抗干擾能力差，存在誤動作隱患。某廠600 MW發(fā)電機斷水保護原理：在發(fā)電機定子冷卻水泵出口直管段布置一臺流量孔板，為單一取壓管路方式，后經(jīng)管路并聯(lián)后，分別送至3個發(fā)電機斷水保護開關(guān)和1個送DCS模擬量的流量變送器。定子冷卻水取樣通過一套三閥組送至3臺差壓開關(guān)，再就地通過硬接線實現(xiàn)三取二后，送入發(fā)變組非電量保護柜啟動斷水保護。

采用單一取壓方式，抗干擾能力差。若流量孔板取壓管路堵塞或滲漏，會導致三個差壓開關(guān)同時誤動作或拒動作，同時對流量變送器測量造成波動，使定子冷卻水系統(tǒng)失去控制；負壓側(cè)排污門被誤碰、誤關(guān)隔離門或誤開平衡門、定冷水系統(tǒng)取樣管路波動，容易造成定冷水流量低的假象，進而使三個差壓開關(guān)同時動作，誤發(fā)流量低信號，即存在保護誤動作隱患。

改造后，由單路取壓優(yōu)化為四路取壓方式，消除了誤碰或因操作不當導致設(shè)備誤動作的風險。采用多路熱工信號攝取方法，減少了檢測回路自身的誤動作率，有效降低了熱工信號、保護的誤動作率，提高了可靠性。

1.2 日常維護和等級檢修質(zhì)量不高、“三誤”防范措施執(zhí)行不到位

日常維護過程中，特殊季節(jié)忽視廠房內(nèi)因管道閥門呲裂或屋面防水質(zhì)量不高引起的漏水導致室內(nèi)就地電熱設(shè)備進水；忽視夏季高溫多雨天氣對電熱設(shè)備耐高溫和防水措施的落實；忽視冬季防寒防凍工作的細節(jié)落實，如室外取樣管伴熱保溫、保溫箱控制箱內(nèi)加熱系統(tǒng)運行狀況；忽視定期工作執(zhí)行的質(zhì)量；忽視隱蔽區(qū)域設(shè)備的管理；忽視高溫區(qū)域執(zhí)行器、控制箱防高溫措施的制定和落實；忽視對關(guān)鍵電熱設(shè)備的日常巡檢質(zhì)量，缺失設(shè)備健康狀況分析，未能及時深入進行異常和缺陷分析等。

等級檢修過程中，由于生產(chǎn)管理漏洞，生產(chǎn)崗位人員經(jīng)驗不足，機組檢修前沒經(jīng)過全面科學的系統(tǒng)診斷，導致檢修項目策劃缺失、質(zhì)檢點缺失等問題。對盤柜接線、固定、密封、防寒、防水、絕緣檢查、對線、屏蔽檢查、設(shè)備檢驗試驗傳動等各環(huán)節(jié)檢修質(zhì)量不高；管理人員驗收把關(guān)不嚴格、不細致，導致等級檢修質(zhì)量出現(xiàn)問題。

防“三誤”措施落實不到位。從業(yè)人員在工作中發(fā)生誤碰、誤接線和誤整定不安全事件，是電力行業(yè)一直以來的頑疾。各廠均能認識到該項工作的重要性，也都有一套比較完整的防范體系，但還是會發(fā)生問題。究其原因，在于執(zhí)行環(huán)節(jié)出了問題。比如，弱化保護投退授權(quán)管理，對裝置電源發(fā)生失電防范措施落實不利；盤柜上交直流端子沒有分開布置或者沒有顏色區(qū)分，可能會導致誤碰和誤拆接線；公用系統(tǒng)檢修時，沒有嚴格執(zhí)行拆接線、加量雙核對措施；圖紙修訂、定值修訂管理弱化，檢修后圖紙變更不及時，審批不規(guī)范，版號交叉存在，錯用圖紙和定值；機組運行期間，運行時消缺管理組織不當。

2 治理措施

上述三大類電氣、熱工保護系統(tǒng)非停事件或隱患，歸根到底還是人的問題。從設(shè)計人員、制造廠家、調(diào)試單位、監(jiān)理單位和發(fā)電廠從業(yè)人員，在圖紙審查、反措落實、吸取教訓、責任制落實、基礎(chǔ)管理和細節(jié)把握等方面均存在或大或小的問題。根據(jù)以上分析，提出以下應對措施。

2.1 科學設(shè)計電氣熱工保護

必須嚴格落實《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中的各項內(nèi)容，尤其是對涉網(wǎng)保護關(guān)于嚴格雙重化配置、保護選型、保護配置設(shè)計及二次回路、電源配置、接地抗干擾、防止繼電器誤動作和重要保護禁止單點取樣等相關(guān)要求。要科學設(shè)計電氣熱工保護，選用技術(shù)成熟、性能可靠和質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品，從源頭消除隱患。

2.2 繼續(xù)夯實基礎(chǔ)工作

近些年，我國在繼電保護裝置、熱工儀表制造水平方面有了大幅提高，電廠從業(yè)人員的工作主要集中在二次回路和對裝置的熟悉上，以便出現(xiàn)問題時做出及時準確的判斷和處理。

2.2.1 打好“基本理論”的基礎(chǔ)

對電廠從業(yè)人員進行再培訓。對類似于控制電纜二次屏蔽、等電位接地網(wǎng)和長電纜分布電容對繼電器動作的影響，從理論層面進行講解，有必要再對基礎(chǔ)知識進行培訓。扎實掌握基礎(chǔ)知識，結(jié)合現(xiàn)場進行積極思考，對提高從業(yè)人員技能水平十分關(guān)鍵。

2.2.2 打好“熟悉現(xiàn)場”基礎(chǔ)

熟悉整個系統(tǒng)配置、工作電源布置方式和網(wǎng)絡(luò)布置情況等；熟練掌握各類二次線纜頭尾布置，中間過渡轉(zhuǎn)接箱，電纜走向，空間布置方式（室外、室內(nèi)、溝道、槽盒、穿線管）；熟悉各處接線情況、接地點布置；熟悉各系統(tǒng)設(shè)計院竣工圖紙和廠家圖紙，必須確保現(xiàn)場接線是正確的；進行圖紙的及時修編，使圖紙與現(xiàn)場保持一致；熟悉設(shè)備所處的環(huán)境。

2.2.3 打好“基礎(chǔ)管理”基礎(chǔ)

制定出規(guī)范電氣熱工人員的工作標準，通過強化標準作業(yè)，確保工作的質(zhì)量和安全，如日常巡檢標準、定期工作標準、特殊設(shè)備特巡標準、隱蔽區(qū)域定期工作標準和拆接線作業(yè)標準（二次工作措施票）、保護投退作業(yè)標準、風險預控標準、到崗到位標準和就地設(shè)備固定接線作業(yè)標準等；培養(yǎng)出熟悉現(xiàn)場、技能水平高、具備異常分析深入的電氣熱工從業(yè)人員；在現(xiàn)場深入有效地開展保護定檢、日常消缺維護、隱患排查、強化異常和缺陷分析等工作，切實提高二次系統(tǒng)可靠性；定期進行檢驗和校對，驗證回路、動作邏輯的正確性，做到不超期、不漏項，校驗按規(guī)程要求進行[4]。

2.3 完善優(yōu)化隱患排查工作方式，建立標準化的隱患排查治理機制

2.3.1 基本內(nèi)涵

機組非停風險按照系統(tǒng)、設(shè)備和部件逐級進行分解。首先，確定可能產(chǎn)生非停的系統(tǒng)，再將引起該系統(tǒng)故障的風險點分解到各單體設(shè)備上，然后到部件上，將風險盡可能分解到每一個小的故障點；明確責任專業(yè)、確定責任人、制定方法措施及檢查方法，確保隱患排查工作的可行性和實效性；落實責任制，努力實現(xiàn)風險防控過程的可控；定點、定時間、定周期、定人員、定方法，以標準化的方式在設(shè)備管理過程中開展設(shè)備隱患排查工作；使隱患排查工作與定期工作、專項安全檢查和季節(jié)性檢查常規(guī)基礎(chǔ)工作相結(jié)合；與設(shè)備檢修相結(jié)合，吸取兄弟電廠非停事故教訓，單點保護排查、邏輯定值排查、欠修設(shè)備排查和隱蔽區(qū)域設(shè)備排查等，建立隱患排查的長效機制。

2.3.2 具體實施方法

（1）以機組非停最直接因素——機組主保護動作為排查對象，編制機組非停風險隱患排查對策表、機組檢修隱患治理執(zhí)行表以及日常維護隱患治理執(zhí)行表，分析造成機組非停的風險因素，對各個風險因素按照系統(tǒng)（一級風險）、設(shè)備（二級風險）、部件（三級風險）三級進行逐級風險分析，并制定防范措施和檢查周期，明確責任專業(yè)[3]。例如，EH油壓低為主保護出口，針對此保護進行風險分解。一級風險為EH油壓低三值動作保護出口；二級風險包括調(diào)門伺服閥固定螺栓斷裂、EH油壓取樣管跑油、油泵故障不打油或聯(lián)啟失?。蝗夛L險為壓力開關(guān)接線接地或短路等。

（2）建立日常、小修、大修“控非停”工作計劃，實施全程驗收。工作計劃要吸取兄弟電廠非停事故教訓，使單點保護排查、邏輯定值排查和欠修設(shè)備排查相結(jié)合。

（3）重點時段開展專項隱患排查。以春秋檢、度夏迎峰和冬季四防等活動為載體，開展重要設(shè)備的隱患排查。嚴格執(zhí)行電纜防火標準，做好電纜孔洞封堵工作；定期開展針對性的檢查，重點防止端子松動、端子箱（柜）進水（結(jié)露）和電纜（引線）受外力沖擊中斷等；結(jié)合季節(jié)特點，制定防止因潮濕、寒冷、高溫和大風等因素可能引起的保護誤動措施，并對措施落實情況進行檢查。

（4）機組運行時期，應對因檢修剛投運設(shè)備或帶病運行設(shè)備實施特別巡視檢查制度，開展深入的定期精密體檢、傾向管理和性能評價。

（5）強化防非停工作日常管理。一是對設(shè)備缺陷進行分級管理，建立“防非?！鳖愒O(shè)備缺陷處理機制，明確“防非停”缺陷應急處置機制和組織措施。缺陷處理前，制定有針對性的防范措施，相關(guān)人員需全程跟蹤處理過程。二是制定防非停保障措施，細化防非停類設(shè)備巡檢和定期維護工作，梳理影響設(shè)備非停的關(guān)鍵因素，針對性地編制日常設(shè)備“防非?！北Ｕ洗胧?，每周檢查“日常零非停保障措施”的執(zhí)行情況，形成了日常維護管理防非停的監(jiān)督檢查常態(tài)化管理。三是強化單體設(shè)備“非?！惫芾?，每月對單體設(shè)備跳閘和設(shè)備強迫停運檢修進行統(tǒng)計，從技術(shù)、管理兩個方面進行原因分析，并針對性地制定防范措施，加強對異常和缺陷的分析。四是建立人員誤操作、誤碰、誤接線和誤整定導致非停管理。操作過程嚴格分步式指認交底，使用執(zhí)法記錄儀進行全程監(jiān)控。部門和安監(jiān)部每周檢查操作錄音、監(jiān)控視頻，杜絕人員誤操作引起的機組非停。建立二次拆接線作業(yè)標準（二次工作措施票），保護投退作業(yè)標準、工作風險預控標準、工作風險預警制度[4]、到崗到位標準和就地設(shè)備固定接線作業(yè)標準；每年核算繼電保護定值，根據(jù)系統(tǒng)變化，計算短路電流，核算靈敏度，且每次大小修時核對定值。

3 結(jié) 論

通過對隱患排查方式方法細化，建立一套標準化的控非停隱患排查治理體系。以“非停就是事故，異常就是命令”的心態(tài)，以“從細節(jié)入手、從基礎(chǔ)做起”的工作態(tài)度，摸清設(shè)備底細，建立健全安全生產(chǎn)隱患排查治理長效機制，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的隱患排查、有效治理和持續(xù)改進的全過程管理，真正實現(xiàn)設(shè)備本質(zhì)安全。

[1] 中電聯(lián)可靠性管理中心.2016年全國電力可靠性指標[Z].2017-12-15.

[2] 國家能源局.中國電機工程學會.《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》輔導教材[Z].2014.

[3] 大唐國際王灘電廠.設(shè)備隱患排查管理辦法[Z].2014-05-07.

[4] 神華國神集團山西魯能河曲發(fā)電有限公司.電控車間非停隱患排查實施細則[Z].2017-10-10.