一起油田電網(wǎng)故障處理時(shí)同期并網(wǎng)事故的分析

蒲 軍

一起油田電網(wǎng)故障處理時(shí)同期并網(wǎng)事故的分析

蒲 軍

（中石化西北油田分公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

塔河油田電網(wǎng)因一條輸電線路故障跳閘變成孤網(wǎng)，通過另一條輸電線路進(jìn)行同期并網(wǎng)操作時(shí)，發(fā)生了非同期并網(wǎng)，導(dǎo)致事故擴(kuò)大化，造成油田大面積停電。表面上看，同期裝置故障是事故原因，但通過事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)度員的錯誤調(diào)度命令是主要原因。本文將詳細(xì)介紹事故發(fā)生經(jīng)過和開展的事故調(diào)查，提出相關(guān)建議和技術(shù)改造，對其他具有相同情況的電網(wǎng)具有參考意義。

同期裝置；頻率差；相位差

0 引言

電網(wǎng)并網(wǎng)需滿足同期三要素：電壓相等，頻率相同和相位一致[1]。非同期并網(wǎng)對電網(wǎng)存在很大的危害，特別當(dāng)電壓相位差180°時(shí)，沖擊電流最大[2]。發(fā)生非同期并網(wǎng)后，應(yīng)查看故障錄波，檢查同期裝置的整定值和同期試驗(yàn)[3]。防止發(fā)生非同期事故的措施有同期技術(shù)改造、同期定值優(yōu)化、提高調(diào)度員的事故處理能力和完善應(yīng)急預(yù)案等[4]。

位于新疆塔克拉瑪干沙漠北部邊緣的塔河油田電網(wǎng)，擔(dān)負(fù)著三區(qū)五縣約2.6萬余km2的油氣生產(chǎn)和生活用電。在油田電網(wǎng)運(yùn)行中，發(fā)生了一次電網(wǎng)故障處理時(shí)同期并網(wǎng)事故。

1 事故電網(wǎng)運(yùn)行方式

油田電網(wǎng)的供電電源有巴州電網(wǎng)、阿克蘇電網(wǎng)和兩個(gè)自備發(fā)電廠。

事故前，電網(wǎng)分網(wǎng)運(yùn)行，具體情況為阿克蘇電網(wǎng)、發(fā)電一廠和發(fā)電二廠帶油田主體電網(wǎng)，巴州電網(wǎng)帶采油一區(qū)10kV配電網(wǎng)，并網(wǎng)開關(guān)為發(fā)電一廠的110kV母聯(lián)1150開關(guān)。如圖1所示。

圖1 塔河油田電網(wǎng)主構(gòu)架圖

2 事故發(fā)生經(jīng)過

9月23日01:18，油田主體電網(wǎng)110kV布四聯(lián)線接地保護(hù)跳閘，油田主體電網(wǎng)與阿克蘇電網(wǎng)解網(wǎng)，成為孤網(wǎng)，由自備發(fā)電廠帶負(fù)荷。為提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，電力調(diào)度員決定將油田主體電網(wǎng)并入巴州電網(wǎng)。

調(diào)度員未分析兩邊電網(wǎng)的并網(wǎng)條件[1]，給發(fā)電一廠的運(yùn)行員下發(fā)了同期調(diào)度令。運(yùn)行員在并網(wǎng)操作中，前兩次同期合閘未成功，第三次同期操作時(shí)開關(guān)合閘成功。但合閘后，兩個(gè)自備發(fā)電廠的所有發(fā)電機(jī)組相繼保護(hù)跳機(jī)，并網(wǎng)開關(guān)也保護(hù)跳閘，發(fā)生油田主體電網(wǎng)失電事故。

3 事故調(diào)查經(jīng)過和原因分析

事故發(fā)生后，電氣技術(shù)組開展了以下調(diào)查工作并進(jìn)行分析。

3.1 故障錄波調(diào)閱

調(diào)閱故障錄波，如圖2所示。

從故障錄波圖可以得到1150母聯(lián)開關(guān)閉合時(shí)間為9月23日01:32:32:536，即并網(wǎng)時(shí)間。將并網(wǎng)時(shí)兩側(cè)電網(wǎng)同期電壓幅值、相位和頻率整理成表，同時(shí)計(jì)算出差值填入表1中。

圖2 電網(wǎng)相位差圖

電壓差為

表1 故障錄波記錄表

故障錄波記錄表的差值是同期動作值，與同期保護(hù)定值單表2比較可知：

表2 同期保護(hù)定值單表

1）電壓相位差194.47°，大于定值18°；電壓幅值差為89.11V，大于定值8V；電壓頻率差0.76Hz，小于定值0.8Hz；只有電壓頻率差滿足同期條件。

2）同期裝置只有在電壓頻率差、幅值差和相位差3項(xiàng)數(shù)值同時(shí)達(dá)到條件，同期裝置才出口開關(guān)。而實(shí)際情況為，電壓幅值差和相位差均未達(dá)到同期定值，同期裝置卻出口了開關(guān)，說明同期裝置存在問題。

3）電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)間點(diǎn)的電壓相位差194.47°，屬于嚴(yán)重的非同期合閘，相當(dāng)于系統(tǒng)發(fā)生了短路故障[2]。

3.2 非同期并網(wǎng)的危害性分析

非同期并網(wǎng)，由于兩個(gè)電網(wǎng)的電壓差很大，開關(guān)合閘時(shí)會產(chǎn)生很大的沖擊電流，巨大的沖擊電流對發(fā)電機(jī)、變壓器和電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊。發(fā)電機(jī)組將發(fā)出強(qiáng)烈的振動，使發(fā)電機(jī)組繞組變形甚至燒毀。對整個(gè)電力系統(tǒng)來說，系統(tǒng)將會發(fā)生功率振蕩，嚴(yán)重?cái)_亂整個(gè)系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行，造成整個(gè)電網(wǎng)的崩潰[1]。

電網(wǎng)并網(wǎng)的沖擊電流計(jì)算[1]如下

從上式可以看出，并網(wǎng)沖擊電流大小同兩邊電網(wǎng)的電壓差、相位差和系統(tǒng)短路阻抗有關(guān)系。此次并網(wǎng)由于相位差194.47°，電壓差為9 020V，沖擊電流很大。

3.3 同期裝置校驗(yàn)

1）同期裝置采樣

用繼保儀對同期裝置進(jìn)行電壓數(shù)據(jù)采樣，發(fā)現(xiàn)裝置的同期電壓頻率采樣值存在數(shù)據(jù)固化，始終為50.1Hz，說明同期裝置存在死機(jī)。

重啟裝置后，電壓采樣值恢復(fù)正常。

2）校驗(yàn)同期定值

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 同期試驗(yàn)記錄表

結(jié)果：同期保護(hù)動作正確。

3）同期裝置誤動作分析

（1）同期裝置運(yùn)行超10年，裝置里面的電子器件老化，可靠性降低。

（2）運(yùn)行員同期操作不符合規(guī)范是裝置誤動作的直接原因。同期裝置工作原理為打同期把手的“同期”位后，裝置開放40s尋找同期點(diǎn)，若達(dá)到同期條件則出口開關(guān)合閘，否則40s后報(bào)“同期失敗”，才能開始下一次同期操作。

本次同期操作，由于調(diào)度員下達(dá)錯誤同期操作令，兩邊電網(wǎng)未達(dá)到同期條件，裝置判同期失敗是正確的。運(yùn)行員不知情，頻繁同期操作，且每次操作間隔小于40s，導(dǎo)致裝置死機(jī)。

4 采取措施

4.1 對同期裝置進(jìn)行雙冗余改造

同期裝置為電子產(chǎn)品，必然存在可靠性問題，通過加裝機(jī)械式同期繼電器，實(shí)現(xiàn)雙冗余判斷，可避免其中一個(gè)同期裝置損壞造成非同期并網(wǎng)事故。

雙冗余同期需注意同期定值的整定和配合，特別是相位定值。如果相位定值設(shè)置偏小，并網(wǎng)成功率低。如果相位定值設(shè)置偏大，對電網(wǎng)的沖擊大。

下面介紹一種相位定值配置方法：機(jī)械式同期繼電器的相位差定值設(shè)為20°，用作防非同期閉鎖；同期裝置的相位差定值整定設(shè)為12°，作為同期 判斷。

4.2 同期定值優(yōu)化

原同期定值電壓差8V，相位差18°，同期頻率差0.8Hz，考慮開關(guān)60ms的動作特性，最大沖擊電流計(jì)算為

最大沖擊電流154.8A，超過發(fā)電一廠的3臺12MW的發(fā)電機(jī)組承受能力，應(yīng)該將定值調(diào)小。

根據(jù)電網(wǎng)抗沖擊能力，整定定值為電壓差4V，相位差12°，同期頻率0.3Hz。整定后最大沖擊電流計(jì)算為39A。

4.3 信息化改造

本次電網(wǎng)同期事故，電調(diào)員的錯誤調(diào)度令是其中一個(gè)原因，但電調(diào)室沒有電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)波形的監(jiān)測設(shè)備也是一個(gè)原因。

電調(diào)室建立遠(yuǎn)程故障錄波系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)波形監(jiān)測，再通過調(diào)節(jié)5臺發(fā)電機(jī)組的勵磁電流和閥門開度，可調(diào)節(jié)油田電網(wǎng)電壓的幅值和 頻率。

4.4 定期校驗(yàn)同期裝置

為防止同期操作時(shí)同期裝置故障，定期校驗(yàn)同期裝置，如做假同期試驗(yàn)。

4.5 規(guī)范同期操作

操作人員在同期并網(wǎng)操作前，應(yīng)檢查同期裝置和機(jī)械式同期繼電器，必要時(shí)對同期裝置重上電。同期操作嚴(yán)格遵守操作流程，兩次操作必須間隔40s，等同期裝置顯示“同期判斷失敗”才可進(jìn)行下一次操作。

4.6 提高調(diào)度員業(yè)務(wù)能力

提高調(diào)度員對事故情況下電網(wǎng)特殊運(yùn)行的認(rèn)識、分析和處理能力[4]。

4.7 完善應(yīng)急預(yù)案的編制，并定期演練

完善獨(dú)立網(wǎng)運(yùn)行、頻率異常、電壓異常的應(yīng)急預(yù)案，定期同期操作演練[4]。

5 結(jié)論

此次油田電網(wǎng)同期并網(wǎng)事故，調(diào)度員未分析兩邊電網(wǎng)是否具備并網(wǎng)條件，下達(dá)錯誤調(diào)度命令是主要原因。操作人員的同期操作不符合規(guī)范，導(dǎo)致裝置死機(jī)后誤動作是直接原因。

事故發(fā)生后，油田電管部門采取了同期裝置雙冗余改造、同期定值優(yōu)化、信息化改造、定期校驗(yàn)同期裝置、規(guī)范同期操作、提高調(diào)度員業(yè)務(wù)能力和完善同期操作預(yù)案并定期演練的措施。

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Analysis of an accident of synchronization power grid connection happened in oil field’s power grid

PU Jun

(Sinopec Northwest Oilfield Company, Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture, Xinjiang 841600)

This paper analyzes an accident of synchronization grid connection which was happened in oil field’s power grid. Because of the tripping of one transmission line in the power grid, the power grid was becoming isolated. When the other transmission line was operated of synchronization grid connection, the accident of asynchronous connection was happened, the accident was expanded, it caused a large area power failure. On the surface, the reason of accident is synchronous device failure. When the investigation was conducted, the main reason was the wrong dispatching command of the dispatcher. This paper will introduce the process of the accident and the investigation in detailed, advance some proposals and take technical transformation. Other similar power grids can use this accident for reference.

synchronizing device; the difference of frequency; the difference of phase angle

2020-07-20

2020-08-05

蒲 軍（1982—），男，四川省成都市人，本科，工程師，主要從事發(fā)變電運(yùn)行維護(hù)、設(shè)計(jì)及檢修工作。