某電廠柴油發(fā)電機啟動帶載失敗分析及整改

文/陳桂浩

0 引言

柴油發(fā)電機（以下簡稱“柴發(fā)”）作為發(fā)電廠的應急電源，其功能的完整性、可靠性關系到發(fā)電機組安全。當電網(wǎng)發(fā)生事故或其他原因致使發(fā)電機組廠用電長時間停電時，柴發(fā)可保證重要動力負荷，如汽機盤車、頂軸油泵、交流潤滑油泵、交流密封油泵等，不失去交流電源。

1 事件簡述

2020年7月3日 13:02:30:631，某電廠正處于168h試運階段，二套機組6kV廠用母線發(fā)生接地故障，發(fā)變組保護零序過流動作跳開，高壓廠用變壓器（以下簡稱“高廠變”）低壓側分支開關同時閉鎖快切，二套機組失去廠用電。與此同時，保安段備用電源自動投入使用裝置（以下簡稱“備自投”）因失壓啟動，先跳開工作進線開關41E1A，后發(fā)送啟動柴油機指令至柴發(fā)控制柜，柴發(fā)啟動開關合閘后跳閘，盤前發(fā)告警至備自投。調(diào)試人員到場后就地手動啟動柴發(fā)，柴發(fā)啟動后建壓成功，合閘后立刻跳閘，多次啟動失敗。待廠用電恢復由備用變壓器供電后，手動啟動柴發(fā)，柴發(fā)能夠啟動正常并保持空載。

2 事故分析

從廠用電失電后備自投動作啟動、柴發(fā)合閘失敗，到廠用電恢復、柴發(fā)手動啟動成功保持空載運行的過程來看，柴發(fā)帶載運行可能存在問題，經(jīng)調(diào)試專業(yè)人員確認，調(diào)試期間也未做過柴發(fā)的帶負荷試驗。查柴發(fā)控制柜動作報文為過電流告警，欠壓停機。查裝置設定跳閘定值，首出低電壓停機為197V，低電壓保護動作延時為0，未加任何延時，過電流跳閘117%，動作曲線為反時限。

結合整個事故流程，在廠用電未恢復送電前，柴發(fā)啟動后帶載多次由于低電壓保護動作跳閘，而在廠用電由啟備變恢復供電后，柴發(fā)手動空載能正常運行，初步可確定是由于柴發(fā)帶載時電流過大拉低保安段母線電壓引起跳閘，同時柴發(fā)保護定值可能存在設置不合理，低電壓保護無延時不合理。

當保安段失電后，保安段僅有框架式開關兩臺大的燃機潤滑油泵，開關馬達保護開關（以下簡稱“馬?！保┏隹诨芈冯娫慈山涣麟娫垂╇?，在保安段未建壓前，任何指令均無法使開關動作；遠方指令如果是硬線，不經(jīng)馬保則可以動作。原來一臺開關合閘、一臺開關熱備用，油泵失電后油壓馬上下降，汽輪機監(jiān)測系統(tǒng)（TCS）給另一臺備用電機開關發(fā)4s合閘脈沖指令，因為這個指令不經(jīng)馬保，控制電源為直流電，故開關能直接合上，所以10s時這兩個開關柜都維持在工作狀態(tài)。其他電動機和靜態(tài)負荷開關都能夠由接觸器自身脫扣，不會自啟動。

繼續(xù)查保安段負荷發(fā)現(xiàn)，保安段正常運行時所帶負荷為240A左右，但是由上述分析可知，當潤滑油壓下降后，備用的燃機潤滑油泵會收到熱工油壓低信號自動合閘；當保安段失壓后，柴發(fā)恢復供電時，兩臺燃機交流潤滑油泵A、B會馬上自啟動，功率為132kW，額定電流為264A，此時啟動電流按照7倍額定電流算可達3696A，柴發(fā)過流定值達2110A，無法躲過這么大的瞬態(tài)啟動電流，柴發(fā)過流報警，且柴發(fā)建壓投入保安段恢復電壓后直接拉低母線電壓，造成柴發(fā)啟動失敗，同時低電壓保護動作無延時跳閘。后續(xù)空載啟動成功也能排除其他跳閘原因。

綜上，處理此次事故一方面重新排查柴發(fā)定值和保安段負荷容量及運行方式，使之相匹配；另一方面，從電動機的失壓再啟動功能入手，修改保安段重要電動機失壓啟動時間，分批啟動，避免同時啟動引起的柴發(fā)欠壓過流跳閘，最后通過制定可行性方案模擬柴發(fā)帶載試驗，尋找保安段失電后柴發(fā)能夠自啟帶載成功的最優(yōu)解。

3 整改措施

首先，柴發(fā)控制柜定值需要重新設置，主要保護修改后定值見表1。

表1 柴發(fā)控制柜主要保護修改后定值

其次，解決多臺電動機同時自啟動對柴油發(fā)電機造成的沖擊，利用電動機（馬達）保護裝置本身的失壓再啟動功能實現(xiàn)失壓脫扣，然后分批自啟動，逐步帶載運行。

其中，全部實現(xiàn)失壓再啟動的負荷要退出欠壓保護，否則保安段失壓后馬保裝置報欠壓告警需要人為復位，無法自動進入失壓再啟動功能；同時，將交流中間接觸器全部改為直流接觸器并將綜保出口回路電源改為直流。因為兩臺燃機交流潤滑油泵框架式開關增加了失壓脫扣器，失壓后會延時3秒脫扣，只要電壓未恢復就無法實現(xiàn)合閘；框架式開關遙控節(jié)點短接，因為保安段負荷正常、合閘回路不通，不短接失壓再啟動功能無法實現(xiàn)合閘；此外，斷路器合位接點要接入綜保裝置實現(xiàn)失壓自啟動功能。

梳理保安段主要電動機負荷，加入保安段重要負荷的失壓再啟動功能，具體定值設置見表2，實現(xiàn)保安段負荷失壓后分批自啟。

表2 保安段重要負荷失壓重啟功能定值

4 試驗結論

按照上述整改措施對柴油發(fā)電機控制柜、保安段負荷進行整改后，重新模擬保安段失壓由柴發(fā)建壓帶載，記錄保安段現(xiàn)場主要負荷啟停情況。

保安段失壓柴發(fā)自啟動時，保安段母線失壓時間大概為11.4s（見圖1）。燃機交流潤滑油泵B泵由外部油壓低聯(lián)啟，現(xiàn)場試驗可見失壓瞬間B泵立馬聯(lián)啟，油壓下降非常迅速，失壓延時3s后燃機潤滑油泵A、B同時跳閘，等到柴發(fā)建壓合閘成功后實現(xiàn)A泵延時1s重啟，B泵延時5s重啟；汽機潤滑油泵為接觸器式開關柜，A泵失壓后接觸器脫扣，等到柴發(fā)建壓合閘成功后，由失壓再啟動實現(xiàn)延時1s自啟動，B泵雖然失壓瞬間外部指令過來合閘，但是由于接觸器回路控制電源是交流回路，這時候并不能合上，恢復電壓要11s，且指令已經(jīng)不再發(fā)送，未能完成自啟動，故再啟動功能無法檢測其為運行狀態(tài)。

圖1 試驗用便攜式電量吉利分析儀錄波曲線

保安段下一級負荷段，由東方電氣設計的燃機MCC段燃機島負荷的失壓再啟動功能全部退出，因為燃機島負荷一經(jīng)合閘后TCS發(fā)來的外部合閘指令一直在，失壓脫扣復電后全部自啟動，但是由于多數(shù)都是小電機，對柴發(fā)沖擊不大。

綜上，保安段失壓前主要電動機運行狀態(tài)為燃機交流潤滑油A泵運行、B泵熱備用，汽機交流潤滑油A泵運行、B泵熱備用。失壓后運行狀態(tài)為燃機交流潤滑油B泵聯(lián)啟，汽機交流潤滑油A泵脫扣，失壓延時3s后兩臺燃機交流潤滑油泵同時脫扣，柴發(fā)建壓成功后1s燃機交流潤滑油A泵、汽機交流潤滑油A泵重啟，5s后燃機交流潤滑油B泵重啟，10s后給水泵A稀油站油泵電機B，高壓給水泵B稀油站油泵電機B，汽機EH油泵B重啟。

以上整改試驗成功，在廠用電失去后由柴油發(fā)電機啟動建壓帶載的過程中，保安段重要負荷能夠?qū)崿F(xiàn)脫扣后分批啟動。該整改方法對電廠運維人員進行事故處理，以及實現(xiàn)機組安全平穩(wěn)停機都具有借鑒及指導意義。