高壓廠(chǎng)變分支速斷保護(hù)動(dòng)作引起跳機(jī)事故的分析

鄢志超

(浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201)

在發(fā)電廠(chǎng)中，廠(chǎng)用電系統(tǒng)龐大且復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路故障等情況[1-2]。廠(chǎng)用電系統(tǒng)通常配有完備的保護(hù)，其中高壓廠(chǎng)變分支速斷保護(hù)通常作為各分支母線(xiàn)故障的主保護(hù)。本文介紹了一起高壓廠(chǎng)變分支速斷保護(hù)動(dòng)作事故，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)，分析相關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況，查找故障原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

1 事故概述

1.1 事故前運(yùn)行方式

某電廠(chǎng)有2臺(tái)300 MW機(jī)組，1號(hào)機(jī)停機(jī)檢修，廠(chǎng)用電系統(tǒng)6 kV 1A段母線(xiàn)由01A啟備變供電，6 kV 1B段母線(xiàn)由01B啟備變供電。2號(hào)機(jī)發(fā)電運(yùn)行，6 kV母線(xiàn)由高壓廠(chǎng)變供電。1、2號(hào)機(jī)主要廠(chǎng)用電供電方式如圖1所示，圖1中6 kV公用A/B段母聯(lián)開(kāi)關(guān)在分閘熱備用狀態(tài)，其他開(kāi)關(guān)均在合閘狀態(tài)。

圖1 1、2號(hào)機(jī)主要廠(chǎng)用電供電方式

1.2 事故經(jīng)過(guò)

某日13:00，2號(hào)機(jī)跳閘，6 kV 2A段母線(xiàn)失電，6 kV 2B段母線(xiàn)切至01B啟備變供電，1號(hào)機(jī)6 kV 1A段母線(xiàn)失電。2號(hào)機(jī)高壓廠(chǎng)變A低壓側(cè)分支速斷保護(hù)動(dòng)作，01A啟備變II側(cè)I支路過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。2號(hào)機(jī)6 kV 2A段廠(chǎng)用電快切裝置“切換閉鎖”燈亮，6 kV 2B段廠(chǎng)用電快切裝置“切換動(dòng)作”燈亮。

2 事故分析

2.1 2號(hào)機(jī)高壓廠(chǎng)變A分支速斷保護(hù)動(dòng)作分析

2號(hào)機(jī)高壓廠(chǎng)變A低壓側(cè)分支速斷保護(hù)邏輯如圖2所示。

圖2中ILmax為三相分支電流中最大相電流值；ILsd為分支速斷保護(hù)電流定值；TLsd為分支速斷保護(hù)動(dòng)作延時(shí)。2號(hào)機(jī)高廠(chǎng)變低壓側(cè)分支速斷保護(hù)定值ILsd為12 A，延時(shí)TLsd為0.6 s。

圖2 分支速斷保護(hù)邏輯

2號(hào)機(jī)故障錄波器記錄的高壓廠(chǎng)變A分支電流有效值波形如圖3所示。

圖3中高壓廠(chǎng)變A低壓側(cè)A相(36通道)故障電流為19.146 A，B相(37通道)故障電流為19.257 A，C相(38通道)故障電流為19.009 A。三相故障電流均大于高壓廠(chǎng)變A分支速斷保護(hù)電流定值(12 A)，高壓廠(chǎng)變A低壓側(cè)分支速斷保護(hù)正確動(dòng)作。

圖3 2號(hào)機(jī)高壓廠(chǎng)變A分支電流有效值波形

高壓廠(chǎng)變A低壓側(cè)分支速斷保護(hù)動(dòng)作結(jié)果為跳2號(hào)機(jī)6 kV 2A段工作進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，并且閉鎖6 kV 2A段廠(chǎng)用電快切裝置切換，因此2號(hào)機(jī)6 kV 2A段母線(xiàn)失電。

2.2 01A啟備變Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流保護(hù)動(dòng)作分析

01A啟備變Ⅱ側(cè)Ⅰ支路對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)為6 kV 1A段備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流保護(hù)電流定值為14 A，動(dòng)作延時(shí)為0.3 s。查看故障錄波器，6 kV 1A段備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)A相故障電流為17.6 A，B相故障電流為17.9 A，C相故障電流為17.8 A。三相故障電流均大于Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流保護(hù)電流定值(14 A)，01A啟備變Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流保護(hù)正確動(dòng)作，跳開(kāi)6 kV 1A段備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，1號(hào)機(jī)6 kV 1A段母線(xiàn)失電。

2.3 2號(hào)機(jī)跳閘原因分析

2號(hào)機(jī)跳閘首出原因是主燃料失去導(dǎo)致鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作。2號(hào)機(jī)共配有5臺(tái)磨煤機(jī)，磨煤機(jī)A、B、C接在6 kV 2A段母線(xiàn)，磨煤機(jī)D、E接在6 kV 2B段母線(xiàn)。事發(fā)前磨煤機(jī)A、B、C、D在運(yùn)行狀態(tài)，磨煤機(jī)E在停機(jī)狀態(tài)。6 kV 2A段母線(xiàn)失電導(dǎo)致掛在2 A段母線(xiàn)上的磨煤機(jī)A、B、C跳閘。經(jīng)過(guò)對(duì)DCS邏輯檢查發(fā)現(xiàn)，6 kV 2A段母線(xiàn)失電導(dǎo)致掛在該母線(xiàn)上的一次風(fēng)機(jī)A跳閘，一次風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)。一次風(fēng)機(jī)RB回路中設(shè)置了保留A、B、C 3臺(tái)磨煤機(jī)中的第2臺(tái)運(yùn)行，跳開(kāi)其他磨煤機(jī)的邏輯，導(dǎo)致掛在6 kV 2B段母線(xiàn)上的磨煤機(jī)D也跳閘。所有運(yùn)行中的磨煤機(jī)全部跳閘，主燃料失去導(dǎo)致鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作，2號(hào)機(jī)跳閘。

2.4 故障數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取保護(hù)裝置信息進(jìn)行分析，保護(hù)動(dòng)作時(shí)序如表1所示[3]。

表1 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序表

由保護(hù)動(dòng)作時(shí)序表與故障錄波可知，故障發(fā)生前6 kV公用A段母線(xiàn)電壓為正常電壓100 V，故障發(fā)生后電壓降為51 V，0 ms時(shí)01A啟備變Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，三相故障，跳開(kāi)6kV 1A段備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，1號(hào)機(jī)6 kV 1A段母線(xiàn)失電，6 kV公用A段母線(xiàn)失電。6 kV公用A段母線(xiàn)低電壓動(dòng)作跳開(kāi)6 kV公用A段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。2 s后，6 kV公用A/B段母聯(lián)開(kāi)關(guān)自投合閘，6 kV公用A段母線(xiàn)電壓恢復(fù)為53 V，未恢復(fù)到正常電壓100 V，說(shuō)明故障依然存在。3003 ms 2號(hào)機(jī)高壓廠(chǎng)變A低壓側(cè)分支速斷保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)6 kV 2A段工作進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，2號(hào)機(jī)6 kV 2A段母線(xiàn)失電。綜上所述，6 kV公用A段母線(xiàn)發(fā)生故障的可能性較大。

2.5 故障查找

測(cè)量6 kV公用A段母線(xiàn)絕緣，A相對(duì)地1.2 G，B相對(duì)地1.1 G，C相對(duì)地1.2 G，AB相間1.3 G，BC相間1.2 G，CA相間1.3 G，6 kV公用A段母線(xiàn)絕緣良好。檢查6 kV公用A段各負(fù)荷保護(hù)裝置,無(wú)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，6 kV碼頭A段電源開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置面板無(wú)顯示，判斷保護(hù)裝置可能發(fā)生故障，6 kV碼頭A段發(fā)生故障的可能性較大。

測(cè)量6 kV碼頭A段電源開(kāi)關(guān)輸出高壓電纜絕緣，A相對(duì)地電阻為零，B相對(duì)地電阻為零，C相對(duì)地電阻為零，AB相間電阻為零，BC相間電阻為零，CA相間電阻為零，說(shuō)明高壓電纜發(fā)生故障。經(jīng)過(guò)對(duì)6 kV碼頭A段電源開(kāi)關(guān)輸出高壓電纜的逐一檢查，發(fā)現(xiàn)有一處電纜蓋板發(fā)生塌陷，取出電纜蓋板，發(fā)現(xiàn)高壓電纜破損嚴(yán)重，灼燒痕跡明顯[4]。

3 相關(guān)保護(hù)未動(dòng)作分析

3.1 6 kV公用A段電源開(kāi)關(guān)保護(hù)未動(dòng)作分析

由于6 kV碼頭A段電源開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置異常，導(dǎo)致高壓電纜故障時(shí)未跳閘，6 kV公用A段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)未配置保護(hù)，理應(yīng)由上一級(jí)的6 kV公用A段電源開(kāi)關(guān)動(dòng)作將故障切除。

忽略故障時(shí)的負(fù)荷電流，發(fā)生故障時(shí)一次電流約為11 383.2 A。查看相關(guān)保護(hù)裝置整定值，6 kV公用A段電源開(kāi)關(guān)未配置速斷保護(hù)，只配置了過(guò)流保護(hù)。過(guò)流保護(hù)定值為9 A，電流互感器變比為2000/5，折算到一次值為3600 A。故障電流達(dá)到了過(guò)流保護(hù)定值，但是過(guò)流保護(hù)延時(shí)為1 s，而該故障電流同時(shí)達(dá)到了01A啟備變Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流Ⅰ段保護(hù)定值(一次值為8400 A)，由于Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作延時(shí)為0.3 s，所以01A啟備變Ⅱ側(cè)Ⅰ支路過(guò)流保護(hù)先動(dòng)作，跳開(kāi)6 kV 1A段備用進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，6 kV 1A段母線(xiàn)失電。

3.2 6 kV公用B段電源開(kāi)關(guān)保護(hù)未動(dòng)作分析

6 kV公用A/B段母線(xiàn)開(kāi)關(guān)自投后，故障電流轉(zhuǎn)移到2號(hào)機(jī)。6 kV公用A/B段母聯(lián)開(kāi)關(guān)配置了過(guò)流保護(hù)，與1號(hào)機(jī)相同，6 kV公用B段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)無(wú)保護(hù), 6 kV公用B段電源開(kāi)關(guān)未配置速斷保護(hù)，只配置了過(guò)流保護(hù)。相關(guān)保護(hù)定值如表2所示。

表2 保護(hù)定值

由表2可知，故障電流(11 383.2 A)同時(shí)超過(guò)了6 kV公用A/B段母聯(lián)開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)、6 kV公用B段電源開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)和高壓廠(chǎng)變2A分支速斷過(guò)流保護(hù)電流定值。因?yàn)楦邏簭S(chǎng)變2A分支速斷過(guò)流保護(hù)延時(shí)定值最小，所以最先動(dòng)作，跳開(kāi)6 kV 2A段工作進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，并且閉鎖6 kV 2A段廠(chǎng)用電快切裝置切換，6 kV 2A段母線(xiàn)失電。

4 建議

a.在6 kV公用A、B段電源開(kāi)關(guān)上配置速斷保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間配置為0.3 s，將上一級(jí)的啟備變、高廠(chǎng)變低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間設(shè)定為0.6 s，增加6 kV公用A、B段電源開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作閉鎖6 kV公用A/B段母聯(lián)開(kāi)關(guān)自投功能[5]。

b.取消6 kV公用A、B段母線(xiàn)低電壓跳6 kV公用A、B段進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)回路。

c.完善一次風(fēng)機(jī)RB回路跳閘邏輯。將磨煤機(jī)A、C、E的電源取自6 kV 2A段母線(xiàn)，磨煤機(jī)B、D的電源取自6 kV 2B段母線(xiàn)，機(jī)組在單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)保留下3層磨煤機(jī)中的1臺(tái)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)一起高壓廠(chǎng)變分支速斷保護(hù)動(dòng)作引起發(fā)電機(jī)跳閘事故進(jìn)行了詳細(xì)分析，發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用系統(tǒng)配置了多種保護(hù)，只有加強(qiáng)保護(hù)配置優(yōu)化，梳理保護(hù)級(jí)差配合關(guān)系，才能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。