一起因保護(hù)誤動(dòng)致機(jī)組解列案例的分析與啟示

鄭溢強(qiáng)

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建晉江 362251）

0 引言

某S109F級(jí)燃?xì)怆姀S發(fā)電機(jī)采用哈電集團(tuán)制造的390H全氫冷發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)采用GE公司全靜態(tài)整流勵(lì)磁系統(tǒng)，其監(jiān)視回路串入保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)采用常閉接點(diǎn)。發(fā)電機(jī)保護(hù)采用型號(hào)為DGT801C國電南自數(shù)字式發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置實(shí)行雙重化配置，設(shè)置2套相同的保護(hù)裝置。該保護(hù)裝置采用冗余配置，即2套獨(dú)立的保護(hù)邏輯系統(tǒng)（以下分別稱為CPUA系統(tǒng)和CPUB系統(tǒng)）構(gòu)成。2套保護(hù)邏輯原理相同，正常運(yùn)行時(shí)兩系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，但保護(hù)出口回路采用“與”方式，即當(dāng)任一保護(hù)邏輯系統(tǒng)退出后，另一系統(tǒng)仍可繼續(xù)運(yùn)行，不受影響。

1 事件案例

2017年1月24日，某電廠監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“4號(hào)發(fā)電機(jī)后備保護(hù)報(bào)警”信號(hào)，就地檢查4#發(fā)電機(jī)保護(hù)A屏狀態(tài)指示欄中左側(cè)“出口信號(hào)”指示燈亮（說明：左側(cè)為CPUA系統(tǒng)的狀態(tài)信息、右側(cè)為CPUB系統(tǒng)的狀態(tài)信息）和出口信號(hào)欄中第32通道“差動(dòng)啟動(dòng)告警”指示燈亮；進(jìn)入裝置差動(dòng)保護(hù)模塊中，CPUA系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)差動(dòng)A，B，C相差動(dòng)電流幅值分別在（3.4～3.8）A波動(dòng)，CPUB系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)差動(dòng)A相，B相，C相差動(dòng)電流幅值幾乎為0.0 A。初步判斷裝置CPUA模數(shù)轉(zhuǎn)換插件有問題。斷開4#發(fā)電機(jī)保護(hù)A屏CPUA電源空開，即退出CPUA系統(tǒng)和斷開裝置顯示電源。

1月25日，監(jiān)控系統(tǒng)頻繁報(bào)“4#發(fā)電機(jī)后備保護(hù)報(bào)警”信號(hào)，該信號(hào)動(dòng)作后即刻復(fù)歸，就地檢查4#發(fā)電機(jī)保護(hù)A屏狀態(tài)指示欄中右側(cè)“出口信號(hào)”指示燈閃亮和出口信號(hào)欄中第32通道“差動(dòng)啟動(dòng)告警”指示燈亮，因保護(hù)裝置顯示電源與CPUA系統(tǒng)的電源空開共用，故無法查看故障信息，現(xiàn)場人員緊急退出4#機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)A屏內(nèi)的所有出口硬壓板。10 min后4#發(fā)電機(jī)保護(hù)A屏狀態(tài)指示欄中右側(cè)“出口信號(hào)”和“出口跳閘”指示燈閃亮、出口信號(hào)欄中第1通道“發(fā)電機(jī)差動(dòng)動(dòng)作”指示燈亮，緊接著顯示勵(lì)磁系統(tǒng)故障，“出口跳閘”指示燈亮。同時(shí)，第2套保護(hù)裝置也顯示勵(lì)磁系統(tǒng)故障，“出口跳閘”指示燈亮。檢查發(fā)電機(jī)出口開關(guān)已斷開，4#機(jī)組解列進(jìn)入全速空載狀態(tài)。

2 處理過程簡述

1月24日發(fā)生報(bào)警時(shí)，現(xiàn)場人員協(xié)同專業(yè)人員到現(xiàn)場查看，此時(shí)機(jī)組有300 MW負(fù)荷。進(jìn)入保護(hù)裝置查看采樣數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)CPUA系統(tǒng)的電流通道采樣值在波動(dòng)，同時(shí)差動(dòng)電流計(jì)算值也在波動(dòng)，匯同狀態(tài)指示燈現(xiàn)象初步判斷為CPUA模數(shù)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)問題。將此情況反饋給廠家技術(shù)人員，現(xiàn)場人員匯同專業(yè)人員參考廠家技術(shù)人員建議，暫時(shí)先退出CPUA系統(tǒng)，保留CPUB系統(tǒng)運(yùn)行，折機(jī)進(jìn)行故障排查。經(jīng)過專業(yè)探討后，退出CPUA系統(tǒng)，保留CPUB系統(tǒng)，待廠家技術(shù)人員到廠后進(jìn)行排查。

1月25日再次發(fā)生報(bào)警時(shí)，由于裝置顯示電源與CPUA系統(tǒng)電源共用的空開，因而無法進(jìn)入保護(hù)裝置查看采樣數(shù)據(jù)或告警信息，通過CPUB系統(tǒng)的“出口信號(hào)”和“出口跳閘”指示燈在閃爍的現(xiàn)象以及結(jié)合上次發(fā)生報(bào)警信號(hào)的情況相同，懷疑CPUB模數(shù)轉(zhuǎn)換插件也有問題，緊急匯報(bào)調(diào)度退出第二套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，即退出保護(hù)所有出口壓板，但由于受“3XB滅磁開關(guān)檢修壓板”該壓板的名稱誤導(dǎo)，沒有投入該壓板，在與廠家技術(shù)人員溝通過程中，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，緊接著勵(lì)磁系統(tǒng)故障動(dòng)作，機(jī)組解列進(jìn)入全速空載狀態(tài)。

3 原因分析

與國電南自廠研發(fā)部門技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)探討，得知檢測到模數(shù)轉(zhuǎn)換插件內(nèi)采樣回路中的電容4E1和4E3性能下降，引起模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片工作不正常，導(dǎo)致采樣通道的幅值在變化，造成發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。這是此事件的直接原因。

勵(lì)磁系統(tǒng)的監(jiān)視回路串入保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)采用常閉接點(diǎn)，2套保護(hù)裝置的常閉接點(diǎn)又采用串聯(lián)方式，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)其接點(diǎn)動(dòng)作，致使勵(lì)磁系統(tǒng)開放發(fā)電機(jī)保護(hù)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障出口跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)及滅磁開關(guān)。這也是此事件的另一重要原因。

缺少現(xiàn)場緊急處理的事故應(yīng)急措施，依賴于廠家技術(shù)服務(wù)，專業(yè)人員沒有對(duì)特殊保護(hù)設(shè)計(jì)在運(yùn)行規(guī)程中說明，也是此事件的原因之一。

4 保護(hù)裝置設(shè)計(jì)原理

4.1 保護(hù)采用雙CPU并行設(shè)計(jì)原理

正常運(yùn)行情況下，2個(gè)完全相同的CPU系統(tǒng)分別取自同一組數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行各自的處理和判斷，最后通過“與”方式出口。目的是有效防止硬件回路中元件損壞造成保護(hù)裝置誤出口，使裝置具有冗余性（圖1）。

異常情況下，如果一個(gè)CPU系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)出故障告警信號(hào)，同時(shí)該CPU系統(tǒng)退出運(yùn)行。另一個(gè)CPU系統(tǒng)可以單獨(dú)運(yùn)行，但不與故障CPU系統(tǒng)共用“與”門出口，而是直接出口跳閘（圖1）。此設(shè)計(jì)的目的是消除硬件回路任一元件損壞就導(dǎo)致該層保護(hù)全部退出的缺陷，同時(shí)也使得裝置具有容錯(cuò)性。

圖1 雙系統(tǒng)并列設(shè)計(jì)

4.2 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)原理發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)采用基

于保護(hù)原理 ANN（Aartificial Neural Network，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的比率制動(dòng)原理，使用小波算法和神經(jīng)元算法來達(dá)到快速安全可靠的目的。保護(hù)動(dòng)作邏輯采用為單相差動(dòng)方式，按比較發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流互感器與機(jī)端電流互感器二次同名相電流的大小及相位構(gòu)成發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)。發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的動(dòng)作特性均由無制動(dòng)部分和比率制動(dòng)部分組成。這種動(dòng)作的優(yōu)點(diǎn)是：在區(qū)內(nèi)故障電流小時(shí)，有較高的動(dòng)作靈敏度；而在區(qū)外故障時(shí)，有較強(qiáng)的躲過暫態(tài)不平衡差流能力（圖2）。其中，Id為差動(dòng)電流，Iq為差動(dòng)啟動(dòng)電流，Is為差動(dòng)速斷電流，Iz為制動(dòng)電流，Ig為拐點(diǎn)電流，單位均為A；Kz為直線斜率。

針對(duì)發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)設(shè)置專門的電流互感器斷線判別邏輯，當(dāng)差電流大于電流互感器斷線電流值時(shí)，一種情況是閉鎖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作同時(shí)發(fā)出告警，另一種情況是不閉鎖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作只發(fā)出告警，該保護(hù)邏輯可通過保護(hù)控制字進(jìn)行控制。

4.3 勵(lì)磁系統(tǒng)故障動(dòng)作設(shè)計(jì)原理

檢測勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)故障的繼電器正電源串聯(lián)保護(hù)動(dòng)作的常閉接點(diǎn)，當(dāng)該監(jiān)視繼電器得不到正電源，發(fā)給保護(hù)裝置“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”信號(hào)，保護(hù)裝置接收到此信號(hào)時(shí)，不經(jīng)邏輯判斷直接出口跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、滅磁開關(guān)及閉鎖發(fā)電機(jī)出口開關(guān)合閘。即保護(hù)裝置正常運(yùn)行時(shí)，該繼電器得到正電源，該接點(diǎn)斷開，當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作后，該繼電器失去正電源，信號(hào)接點(diǎn)接通。

保護(hù)裝置通過開入量來接收此信號(hào)，當(dāng)開入量發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)，因該點(diǎn)做特殊定義，不經(jīng)邏輯判斷直接出口。為防止保護(hù)誤動(dòng)造成誤斷開監(jiān)視繼電器正電源，保護(hù)裝置在出口回路中并聯(lián)“3XB滅磁開關(guān)檢修”壓板，以方便保護(hù)裝置退出時(shí)通過此壓板來閉鎖“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”動(dòng)作（圖3）。

圖2 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作特性

5 措施與啟示

（1）對(duì)此類型的保護(hù)裝置進(jìn)行排查，開展保護(hù)裝置的壽命管理，通過技術(shù)監(jiān)督、技術(shù)更換等手段消除設(shè)備隱患。

（2）針對(duì)特殊設(shè)計(jì)，或者設(shè)計(jì)不切合各廠實(shí)際情況的，組織專家力量，針對(duì)性探討進(jìn)行整改。

（3）完善相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案，完善運(yùn)行和檢修規(guī)程，對(duì)有特殊要求保護(hù)設(shè)計(jì)要在規(guī)程中說明，現(xiàn)場人員要加強(qiáng)設(shè)備巡視、

圖3 勵(lì)磁回路

點(diǎn)檢力度和處置流程，提高人員現(xiàn)場事故處理能力。

（4）開展專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，針對(duì)此類型保護(hù)裝置進(jìn)行培訓(xùn)，提高各級(jí)人員對(duì)設(shè)備的熟練程度，舉一反三，并對(duì)其他特殊要求的保護(hù)進(jìn)行排查，統(tǒng)一組織學(xué)習(xí)。

（5）概率問題。按廠家的設(shè)計(jì)理念，2套系統(tǒng)同時(shí)出錯(cuò)的機(jī)率非常低，針對(duì)影響機(jī)組的保護(hù)裝置如果出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)退出相應(yīng)保護(hù)，不應(yīng)有僥幸心理，要避免裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。如果存在無法退出的情況，要及時(shí)采取相應(yīng)的可靠措施。

6 結(jié)語

通過這一故障案例，分析發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)和勵(lì)磁系統(tǒng)故障保護(hù)誤動(dòng)原因，了解此類型保護(hù)裝置的原理及作用。學(xué)習(xí)這類事例讓相關(guān)的現(xiàn)場人員掌握此類保護(hù)裝置在運(yùn)行中出現(xiàn)異常情況的現(xiàn)場處置方式，也通過這個(gè)事例，讓相關(guān)的專家能夠進(jìn)一步優(yōu)化程序和回路，從而進(jìn)一步提高電力設(shè)備的安全可靠性。