一起因保護(hù)配置不合理導(dǎo)致的全廠失電事故分析

王志龍

（梅鋼公司熱電廠，江蘇南京 210039）

1 事故經(jīng)過(guò)

某干熄焦發(fā)電廠裝備了2 臺(tái)20 MW 汽輪發(fā)電機(jī)，分別經(jīng)主變升壓至35 kV 后送至上級(jí)燒焦變并網(wǎng)運(yùn)行，廠用電分別引自6 kV 煤焦變，正常情況下二回路廠用電分裂運(yùn)行，6 kV 1#進(jìn)線供廠用電6 kVⅠ段母線，6 kV 2#進(jìn)線供廠用電6 kV Ⅱ段母線，特殊情況下，可單進(jìn)線運(yùn)行，廠用電經(jīng)6 kV Ⅰ/Ⅱ分段開(kāi)關(guān)并列運(yùn)行，亦可滿足全廠用電需求，見(jiàn)圖1。

圖1 干熄焦電氣一次系統(tǒng)圖

2017年2月16日1#發(fā)電機(jī)運(yùn)行，2#發(fā)電機(jī)檢修，廠用電系統(tǒng)正常運(yùn)行方式。5∶41∶39，CDQ 35 kV焦07 進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流2 段保護(hù)動(dòng)作，1#發(fā)電機(jī)跳閘；5∶42∶55廠用電6 kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流2 保護(hù)動(dòng)作跳閘，6 kVⅠ/Ⅱ分段開(kāi)關(guān)自切動(dòng)作，開(kāi)關(guān)合閘成功；5∶43∶48廠用電6 kV 2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流2 保護(hù)動(dòng)作跳閘；至此廠用電全部失電。

2 原因分析

2.1 保護(hù)整定值分析

事故主要涉及3 個(gè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作，且所有開(kāi)關(guān)的跳閘的保護(hù)動(dòng)作均指向過(guò)流2 保護(hù)，經(jīng)查該保護(hù)的定值整定均由上級(jí)變電所管理部門計(jì)算并下發(fā)，該站僅負(fù)責(zé)日常維護(hù)檢查，不做定值大小的調(diào)整。整定值的合理性由上級(jí)管理部門負(fù)責(zé)解釋，但考慮此次3 個(gè)開(kāi)關(guān)幾乎同時(shí)動(dòng)作，且3 個(gè)開(kāi)關(guān)分屬發(fā)電機(jī)和廠用電兩個(gè)不同的電壓等級(jí)，同時(shí)誤動(dòng)作或同時(shí)故障的可能性較小。為查明原因，分別核對(duì)3 個(gè)開(kāi)關(guān)的繼電保護(hù)定值通知單和保護(hù)裝置動(dòng)作值（見(jiàn)表1），動(dòng)作值與整定值相符。

表1 相關(guān)繼電保護(hù)定值單

2.2 保護(hù)范圍分析

線路過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)范圍通常從保護(hù)安裝處開(kāi)始，向線路側(cè)延伸，至計(jì)算的保護(hù)覆蓋位置，當(dāng)電流超過(guò)整定值時(shí)，經(jīng)一定延時(shí)，動(dòng)作于開(kāi)關(guān)跳閘或報(bào)警。本次動(dòng)作的3 個(gè)過(guò)流2 保護(hù)的安裝處分別為1#發(fā)電機(jī)35 kV焦07開(kāi)關(guān)線路側(cè)、干熄焦6 kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)母線側(cè)、干熄焦6 kV 2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)母線側(cè)，其保護(hù)范圍分別是焦07 線路至燒焦變35 kV 母線、干熄焦6 kV Ⅰ段母線及饋線、干熄焦6kV Ⅱ段母線及饋線。因此3 個(gè)開(kāi)關(guān)的過(guò)流2 保護(hù)范圍并不重疊。從保護(hù)范圍分析，3個(gè)開(kāi)關(guān)的過(guò)流2保護(hù)動(dòng)作之間在站內(nèi)并不存在明確聯(lián)系。

2.3 干熄焦發(fā)電廠與區(qū)域電網(wǎng)的聯(lián)系分析

通過(guò)與上級(jí)管理部門聯(lián)系，獲取了干熄焦發(fā)電廠與區(qū)域電網(wǎng)的接線結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。發(fā)電機(jī)與廠用電系統(tǒng)在燒焦變35 kV 母線處產(chǎn)生電氣聯(lián)系，由于當(dāng)天干熄焦2#機(jī)檢修，同時(shí)燒焦變110 kV 側(cè)并列運(yùn)行，當(dāng)天燒焦變1 條35 kV 饋線發(fā)生短路故障，造成焦07 進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流2 保護(hù)跳閘，該故障同時(shí)造成煤焦變6 kV 系統(tǒng)電壓波動(dòng)，從而聯(lián)鎖發(fā)生了干熄焦電廠廠用電系統(tǒng)的一系列動(dòng)作。

圖2 干熄焦發(fā)電廠與區(qū)域電網(wǎng)的接線結(jié)構(gòu)

2.4 保護(hù)動(dòng)作情況分析

此次事故發(fā)展過(guò)程短暫，從5∶41∶39 焦07 進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，到5∶42∶55 廠用電6 kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流2 保護(hù)動(dòng)作跳閘，同時(shí)6 kV Ⅰ/Ⅱ分段開(kāi)關(guān)自切動(dòng)作，再到5∶43∶48 廠用電6 kV 2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)過(guò)流2 保護(hù)動(dòng)作跳閘，最終廠用電全部失電僅2 m9 s，除電氣設(shè)備配備的保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置動(dòng)作外，幾乎沒(méi)有人為反應(yīng)的時(shí)間。從順序看，先是焦07進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，短暫停頓后廠用電6 kV Ⅰ段母線開(kāi)始動(dòng)作跳閘，為保證廠用電的安全，自切裝置自動(dòng)投入，將6 kV Ⅱ段母線切換至跳閘母線，緊接著6 kV Ⅱ段母線也跳閘，從而造成了全廠失電的結(jié)果。因發(fā)電機(jī)與廠用電在站內(nèi)無(wú)直接聯(lián)系，發(fā)電機(jī)經(jīng)主變升壓至35 kV 后并網(wǎng)送至區(qū)域內(nèi)燒焦變，而廠用電引自區(qū)域內(nèi)6 kV 系統(tǒng)煤焦變，由2.2 可知，動(dòng)作過(guò)程與上級(jí)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)。干熄焦電廠內(nèi)電壓下降導(dǎo)致2 臺(tái)鍋爐給水泵低水壓聯(lián)鎖自啟動(dòng)，且當(dāng)天廠用電大部分在6 kV Ⅰ段母線上，在輔機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中疊加啟動(dòng)電流較高，達(dá)到了6 kV1#進(jìn)線過(guò)流2 保護(hù)定值，造成6 kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘；繼而廠用電6 kV Ⅰ/Ⅱ分段開(kāi)關(guān)因自切裝置動(dòng)作合閘，該過(guò)程加劇了母線電壓的波動(dòng)，造成母線電壓長(zhǎng)時(shí)間未恢復(fù)（見(jiàn)圖3），循環(huán)水泵也因低水壓聯(lián)鎖自啟動(dòng)，造成6 kV 2#進(jìn)線過(guò)流2 保護(hù)動(dòng)作，6 kV 2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，最終造成了干熄焦廠用電系統(tǒng)全廠失電。

圖3 自切裝置動(dòng)作過(guò)程中母線電壓下降波形

綜合各開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作過(guò)程和繼電保護(hù)定值單可知，所有保護(hù)均按設(shè)定值正確動(dòng)作。動(dòng)作過(guò)程中存在如下問(wèn)題：

（1）6 kV Ⅰ段2 臺(tái)鍋爐給水泵同時(shí)低水壓聯(lián)鎖啟動(dòng)。動(dòng)作過(guò)程中2 臺(tái)給水泵同時(shí)啟動(dòng)，加劇了系統(tǒng)波動(dòng)，直接導(dǎo)致了6 kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘。經(jīng)查給水系統(tǒng)低水壓聯(lián)鎖邏輯中缺少閉鎖設(shè)置，當(dāng)備用給水泵中有1 臺(tái)投入聯(lián)鎖后，其他備用泵應(yīng)閉鎖聯(lián)鎖功能，但原邏輯中缺少該設(shè)置，造成2臺(tái)備用泵同時(shí)投入聯(lián)鎖、同時(shí)啟動(dòng)。

（2）6 kV Ⅰ/Ⅱ分段開(kāi)關(guān)自切動(dòng)作。自切裝置是在6 kV 1#進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘導(dǎo)致6 kV Ⅰ段母線失電情況下動(dòng)作，符合備自投的設(shè)置要求，屬正常動(dòng)作。

（3）6 kV Ⅱ段在自切裝置動(dòng)作后，形成單線運(yùn)行方式，在系統(tǒng)波動(dòng)、6 kV Ⅰ段設(shè)備自啟動(dòng)、自切動(dòng)作以及循環(huán)水泵低水壓聯(lián)鎖自啟動(dòng)的疊加作用下，6 kV 2#進(jìn)線電流達(dá)到了過(guò)流2 保護(hù)動(dòng)作值，6 kV 2#進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘，屬正常動(dòng)作。

（4）過(guò)流2 保護(hù)設(shè)置的合理性。過(guò)流2 保護(hù)屬上級(jí)管理部門下發(fā)的，用于防止區(qū)域電網(wǎng)事故擴(kuò)大的一種特殊解列保護(hù)，其整定邏輯分別為確保區(qū)域內(nèi)分布的小電源機(jī)組在系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)及時(shí)與系統(tǒng)脫離，便于區(qū)域系統(tǒng)主要聯(lián)絡(luò)線投用重合閘確保系統(tǒng)安全；確保區(qū)域內(nèi)非重要變電場(chǎng)站在內(nèi)部故障時(shí)，能夠及時(shí)與系統(tǒng)脫離，確保區(qū)域電網(wǎng)重要用戶的用電安全。1#發(fā)電機(jī)作為小電源機(jī)組，在系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳閘，屬合理設(shè)置。6 kV 1#、2#進(jìn)線作為干熄焦發(fā)電廠僅有的2 路廠用電進(jìn)線，在過(guò)流2 保護(hù)設(shè)置時(shí)，應(yīng)充分考慮廠內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際，從定值通知單可知，過(guò)流2保護(hù)的時(shí)間定值僅為0.6 s，不符合廠內(nèi)高壓水泵、風(fēng)機(jī)等自啟動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間要求，且干熄焦發(fā)電廠正常有發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，配套有相應(yīng)的鍋爐、水處理、循環(huán)冷卻水等多個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高，過(guò)流2保護(hù)已不適用于干熄焦發(fā)電廠的廠用電進(jìn)線處。

3 改進(jìn)措施

3.1 完善低水壓聯(lián)鎖邏輯

在各臺(tái)鍋爐給水泵之間增加低水壓聯(lián)鎖閉鎖邏輯，當(dāng)備用給水泵中任意1臺(tái)投入低水壓聯(lián)鎖后，其他備用給水泵的低水壓聯(lián)鎖投入按鈕自動(dòng)變成灰色，無(wú)法執(zhí)行投入操作。

3.2 取消6 kV 1#、2#進(jìn)線過(guò)流2保護(hù)

經(jīng)與上級(jí)管理部門協(xié)商，并征得同意后，取消6 kV 1#、2#進(jìn)線過(guò)流2 保護(hù)。同時(shí)增加進(jìn)線過(guò)電流的后備保護(hù)，保護(hù)定值經(jīng)上級(jí)管理部門核算后下發(fā)。

4 總結(jié)

此次事故是由一起區(qū)外故障引發(fā)的聯(lián)鎖反應(yīng)，保護(hù)正確動(dòng)作，卻導(dǎo)致全廠失電的嚴(yán)重后果。通過(guò)分析，既有電廠內(nèi)部聯(lián)鎖邏輯的缺陷，也有外部下發(fā)的過(guò)流2保護(hù)配置不合理的因素。經(jīng)上述措施整改后，系統(tǒng)運(yùn)行至今，未再發(fā)生類似事故。