機組發(fā)電狀態(tài)下折向器自動關(guān)閉的原因分析

周 愨，胡元鋒，劉 勇

（北方國際合作股份有限公司，北京100040）

1 電站、機組概況

南湃（Nam Phay）水電站位于老撾萬象省北部Phoun區(qū)，壩址位于南俄河（Nam Ngum）支流南湃河（Nam Phay）上游峽谷，南俄河（Nam Ngum）是湄公河的1級支流。水庫正常蓄水位1140 m，設(shè)計洪水位1141.7 m，校核洪水位1143.49 m，水庫總庫容2.059億m3，調(diào)節(jié)庫容1.326億m3，電站廠房位于南樂克河右岸。

本電站為引水式電站，裝設(shè)2臺沖擊式水輪發(fā)電機組，水輪機的型號為：CJC 601-l-180/4×14.5，發(fā)電機的型號為：SF43-10/3900，總裝機容量86 MW（2×43 MW），額定轉(zhuǎn)速 600 r/min，額定水頭700 m，額定流量14.03 m3/s。發(fā)電機出口額定電壓11 kV，額定頻率50 Hz。設(shè)計多年平均發(fā)電量約4.2億kW·h，年利用小時數(shù)4878 h。

1號機組于2017年5月4日完成72 h試運行，2號機組于2017年5月8日完成72 h試運行，現(xiàn)已并網(wǎng)發(fā)電。

2 事件經(jīng)過

事件發(fā)生前2臺機組均滿負荷運行，廠用電運行方式為2號廠用變帶I、II段400 V母線運行。南湃水電站電氣主接線圖見圖1。

圖1 南湃水電站電氣主接線圖

2017年6月6日12：22：36，主廠房發(fā)電機層傳出異響、聲音忽高忽低，極其刺耳，似機組甩負荷時發(fā)出的聲音，同時中控室監(jiān)控系統(tǒng)實時報警窗口報出：1號（2號）機組1號（2號、3號、4號）折向器全關(guān)信號投入；12：23：07實時報警窗口又報出：1號（2號）機組1號（2號、3號、4號）折向器全關(guān)信號退出；至 12：24：15，在此 1 min 39 s內(nèi) 2 臺機組折向器反復(fù)關(guān)閉開啟3次。當值運行人員發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象后，當即通過中控室計算機監(jiān)控系統(tǒng)，查看機組發(fā)電機出口斷路器、主變高壓側(cè)斷路器、115 kV出線斷路器狀態(tài)，上述斷路器均處于合閘位置，2臺發(fā)電機仍處于發(fā)電狀態(tài)。監(jiān)控后臺部分報警信息見圖2。

圖2 監(jiān)控后臺部分報警信息

為安全起見，當值運行人員于12：24：21對1號機組執(zhí)行了正常停機命令：1號機組自動降負荷至800 kW 后自動跳開發(fā)電機出口斷路器，逆變滅磁后，調(diào)速器正常停機；12：24：33對2號機組執(zhí)行了緊急停機操作：2號機組滿負荷情況下同時跳開發(fā)電機出口斷路器、滅磁開關(guān)，關(guān)閉進水口球閥，調(diào)速器緊急停電磁閥動作，同時值班人員向老撾電網(wǎng)調(diào)度NCC電話匯報現(xiàn)場情況。12：41：192臺機組停機完畢。在2號機組緊急停機過程中400 V廠用電備自投動作，廠用電運行方式自動切換至22 kV外來電帶I、II段400 V母線運行。停機完畢后，當值運行人員立即電話通知安裝單位及廠家相關(guān)人員，并上報電站領(lǐng)導(dǎo)。

3 檢查與分析過程

2017年6月6日13：00時，事件處理小組到達現(xiàn)場，聽取當值運行人員事件描述后，隨即對現(xiàn)場設(shè)備進行排查。

3.1 調(diào)速器檢查情況

檢查2臺機組調(diào)速器系統(tǒng)。2臺機組調(diào)速器系統(tǒng)觸摸屏故障報警窗口均無異常告警，且折向器位置顯示與實際相符。折向器就地位置顯示見圖3。

圖3 折向器就地位置顯示

3.2 繼電保護裝置檢查情況

查詢2臺機組發(fā)電機繼電保護裝置告警記錄：1號發(fā)電機繼電保護裝置“頻率異?！北Ｗo動作，動作值為55.6 Hz。2號機組發(fā)電機繼電保護裝置無告警信息。查詢主變、115 kV線路保護裝置告警記錄，均無告警信息。

3.3 故障錄波裝置檢查情況

查詢故障錄波裝置告警記錄: 115 kV線路“頻率越上限”告警，且動作時間與水輪機折向器自動關(guān)閉的時間吻合。

3.4 分析過程

處理小組通過對上述數(shù)據(jù)及記錄進行分析，初步判斷：電網(wǎng)頻率異常波動是2臺機組水輪機折向器自動關(guān)閉的起因。

3.4.1 調(diào)速器自身保護功能

查看2臺機組調(diào)速器設(shè)置參數(shù)：甩負荷確認頻率 50.3 Hz；甩負荷時，折向器關(guān)閉頻率為52 Hz，折向器開啟頻率為50.3 Hz。調(diào)速器參數(shù)見圖4。

圖4 調(diào)速器參數(shù)

通過對調(diào)速器參數(shù)的查詢以及跟廠家電話溝通后，確認當機組頻率超過50.3 Hz時，調(diào)速器系統(tǒng)將判定機組進入甩負荷狀態(tài)。在此過程中，當機組頻率超過52 Hz時，調(diào)速器系統(tǒng)將自動關(guān)閉折向器，降低機組頻率。隨著頻率的下降，當機組頻率下降至50.3 Hz時，調(diào)速器系統(tǒng)將自動打開折向器（備注：折向器全關(guān)時，射流無法沖擊轉(zhuǎn)輪；折向器全開時，射流可沖擊轉(zhuǎn)輪）。

當機組處于并網(wǎng)發(fā)電時，機組頻率和電網(wǎng)頻率基本一致，因此，當電網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常波動時（55.6 Hz），機組頻率也隨之波動，最終導(dǎo)致2臺機組調(diào)速器過頻保護動作。

3.4.2 調(diào)度反映的情況

與老撾電網(wǎng)調(diào)度NCC核實：該事件發(fā)生時老撾中部電網(wǎng)（本站所接電網(wǎng)）確有2個電站的機組相繼出現(xiàn)甩負荷的情況。

4 處理結(jié)果

4.1 恢復(fù)運行

經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)及記錄分析，并與老撾電網(wǎng)調(diào)度核實：本次事件起因為老撾中部電網(wǎng)頻率異常波動，造成機組調(diào)速器過頻保護正常啟動，自動關(guān)閉折向器，機組頻率降低后，再次開啟折向器，非電站設(shè)備故障引起。同時，當值運行人員出于設(shè)備安全考慮，避免事故擴大，將2臺機組人為停機，屬于正常操作。2臺機組通過例行檢查后，于當日15：35時并網(wǎng)發(fā)電，并滿負荷運行，400 V廠用電帶電方式也隨即恢復(fù)原狀。

4.2 增設(shè)保護功能

老撾電網(wǎng)容量小，雨季期間又極易發(fā)生線路故障，電網(wǎng)異常波動，電站初始設(shè)計并未考慮到這種情況，為保障電站設(shè)備及人員的安全，確保機組安全穩(wěn)定運行，避免機組及其他機電設(shè)備因電網(wǎng)頻率異常出現(xiàn)不可逆的損害，經(jīng)電站技術(shù)人員及廠家探討研究，在115 kV出線及旁路微機繼電保護裝置增設(shè)欠頻、過頻保護功能，2臺發(fā)電機微機繼電保護裝置增設(shè)低頻保護功能，當電網(wǎng)出現(xiàn)波動發(fā)生頻率異常的時候，可通過繼電保護裝置迅速地切斷機組與電網(wǎng)的聯(lián)系，并且啟動事故停機流程，以達到保護本站機組的目的。

4.2.1 線路保護裝置增設(shè)保護功能情況

2條115 kV出線及旁路微機繼電保護裝置增設(shè)欠頻、過頻保護功能。

（1）增設(shè)欠頻保護功能，定值47 Hz，延時0.5 s，動作于115 kV出線斷路器跳閘。

（2）增設(shè)過頻保護功能，定值51.6 Hz，延時0.2 s，動作于115 kV出線斷路器跳閘。

（3）115 kV線路保護柜增加“頻率異?！惫δ苡矇喊澹謩e用于欠、過頻保護。鑒于雙機甩負荷試驗尚未完成，若單機運行時，應(yīng)投入上述壓板；若雙機運行，應(yīng)退出上述壓板。

（4）廠家在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中增加“電網(wǎng)頻率過高”、“電網(wǎng)頻率過低”告警信號。當電網(wǎng)頻率超過50.5 Hz或低于49.5 Hz，監(jiān)控系統(tǒng)將自動彈出報警信號，以示提醒。

4.2.2 2臺發(fā)電機微機繼電保護裝置增設(shè)低頻保護功能

（1）鑒于115 kV線路微機繼電保護裝置已增設(shè)過頻保護功能，同時調(diào)速器系統(tǒng)在頻率超過52 Hz時，會自動關(guān)閉折向器，因此發(fā)電機保護不再增設(shè)過頻保護功能。

（2）為防止電網(wǎng)崩潰后，本站機組帶整個電網(wǎng)運行，發(fā)電機保護增設(shè)低頻保護功能：動作值48 Hz，延時1 s，動作于發(fā)電機出口斷路器跳閘，同時啟動機組電氣事故停機流程，并在發(fā)電機保護屏上增加“頻率異?！惫δ苡矇喊?。

4.3 保護增設(shè)試驗結(jié)果

本站115 kV線路保護增設(shè)欠頻、過頻保護功能技術(shù)改造工作于2017年7月29日全部完成，115 kV線路分別于2017年7月30日17：12時、2017年 7月 31日 19：38時、2017年 8月 1日 21：51時出現(xiàn)了電網(wǎng)波動頻率異常事故，保護均可靠動作，跳開2條115 kV線路出線斷路器，機組并未出現(xiàn)折向器連續(xù)自動關(guān)閉打開現(xiàn)象，并自動轉(zhuǎn)為帶廠用電運行，實現(xiàn)了保護機組的目的。

5 結(jié)語

老撾中部電網(wǎng)高壓輸電線路基本位于丘陵地帶，雨季期間，極易出現(xiàn)線路故障，造成所在區(qū)域發(fā)電機組甩負荷的事件發(fā)生。同時老撾中部電網(wǎng)容量偏小，且水電站為基荷電源，電網(wǎng)波動較頻繁。因此，通過繼電保護裝置快速切斷機組與電網(wǎng)的聯(lián)系，并讓機組安全穩(wěn)定地帶廠用電運行，是很有必要的。