3/2 接線方式下短引線與發(fā)變組保護(hù)在發(fā)電廠中的應(yīng)用與思考

姜 坤

(國(guó)家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司)

0 引言

目前, 我國(guó)電力系統(tǒng)中, 主力火電容量為660MW 及1000MW 機(jī)組, 而在其中, 涉及500kV 及以上的升壓站, 無論是AIS 或是GIS, 大范圍采用了3/2 接線方式。在該接線方式中, 短引線保護(hù)的應(yīng)用成為消除死區(qū)的必要手段。同時(shí), 該類型機(jī)組普遍采用發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線, 即發(fā)電機(jī)出口不安裝斷路器(GCB), 這使得發(fā)變組保護(hù)與主變高壓側(cè)斷路器的短引線保護(hù)之間產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)。

圖1 3/2 接線圖

1 保護(hù)原理及應(yīng)用

短引線, 指3/2 或4/3 接線方式中, 自出線刀閘到邊開關(guān)和中開關(guān)之間的部分。顧, 短引線保護(hù)旨在保護(hù)該段出線部分。以圖一為例簡(jiǎn)要說明短引線保護(hù)原理及應(yīng)用:

1.1 短引線保護(hù)原理

該保護(hù)原理實(shí)則為差動(dòng)保護(hù)。以2 號(hào)主變高壓側(cè)斷路器短引線保護(hù)為例。當(dāng)流過接于5021、5022 斷路器之間的短引線兩端的CT 電流向量和大于定值時(shí),保護(hù)動(dòng)作。

1.2 常見的短引線保護(hù)動(dòng)作邏輯

此處的向量和即是兩端CT 的差流, 該動(dòng)作電流可以是“和電流突變量”、“零序和電流”、“和電流過流”中的任一種情況。

圖2 常見的短引線保護(hù)動(dòng)作邏輯

即: 任一相差流滿足條件或過流滿足條件, 保護(hù)啟動(dòng)。同時(shí)滿足保護(hù)壓板投入或刀閘輔助觸點(diǎn)閉合時(shí), 動(dòng)作出口。

1.3 短引線保護(hù)應(yīng)用

(1) 兩臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí), 升壓站內(nèi)所有斷路器及閘刀均在合位, 潮流流向?yàn)閮膳_(tái)發(fā)電機(jī)指向系統(tǒng)。此時(shí)短引線兩側(cè)CT 電流流向相反, 存在差流,所以此時(shí)短引線保護(hù)應(yīng)退出。(2) 當(dāng)2 號(hào)機(jī)退出運(yùn)行時(shí), 主變高壓側(cè)50216 刀閘分閘位置, 5021、5022 斷路器合環(huán)運(yùn)行。此時(shí)潮流流向?yàn)? 號(hào)發(fā)電機(jī)指向兩條線路, 電流流經(jīng)5021、5022 斷路器方向一致, 短引線兩端CT 采樣一致, 不存在差流; 同時(shí)2 號(hào)主變高壓側(cè)出線至5021、5022 斷路器之間的短引線存在保護(hù)死區(qū), 為消除該區(qū)域保護(hù)死區(qū), 應(yīng)投入短引線保護(hù)。

該保護(hù)與發(fā)電廠其他保護(hù)的不同在于, 機(jī)組運(yùn)行時(shí)不投入, 機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)投入。同時(shí), 由于運(yùn)行人員多數(shù)對(duì)保護(hù)理解不透徹, 過度依賴倒閘操作票, 忽略了對(duì)發(fā)變組保護(hù)與短引線保護(hù)之間聯(lián)系的思考, 最終可能就會(huì)釀成事故。

2 案例與思考

2.1 某發(fā)電公司1 號(hào)機(jī)組氫氣泄漏爆燃事故經(jīng)過

2018 年11 月12 日17 時(shí)10 分, 省調(diào)同意某公司1 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)C 修。22 時(shí)28 分, #1 機(jī)組負(fù)荷90MW,主汽溫350℃, 再熱汽溫367℃, 打閘停機(jī)。

22 時(shí)35 分, 電廠1 號(hào)機(jī)組操作停機(jī), 在拉開1號(hào)發(fā)變組出口50136 刀閘后, 準(zhǔn)備將5012、5013 斷路器合環(huán)運(yùn)行; 23 時(shí)25 分, 1 號(hào)汽輪機(jī)投入盤車運(yùn)行; 23 時(shí)30 分, 1 號(hào)發(fā)變組由熱備用轉(zhuǎn)冷備用操作;23 時(shí)48 分23 秒, 在合上5013 斷路器時(shí), 1 號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)生爆炸著火。23 時(shí)49 分07 秒5013 斷路器跳閘;23 時(shí)50 分, 廠內(nèi)消防隊(duì)立即趕到現(xiàn)場(chǎng); 23 時(shí)53 分2號(hào)機(jī)A 循環(huán)水泵跳閘(B 循環(huán)水泵聯(lián)動(dòng)失敗), 2 號(hào)機(jī)真空低, 將2 號(hào)機(jī)打閘停機(jī); 13 日00 時(shí)05 分,500kV 啟備變跳閘, 廠用電全失; 13 日零時(shí)35 分,× × ×消防隊(duì)到廠進(jìn)行救火。01 時(shí)30 分, 現(xiàn)場(chǎng)明火撲滅。

2.2 原因分析

(1) 直接原因: 1 號(hào)發(fā)電機(jī)從盤車狀態(tài), 轉(zhuǎn)速突然上升到1146.5rpm, 引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子劇烈振動(dòng), 導(dǎo)致密封瓦磨損, 氫氣外泄, 發(fā)生爆燃。

(2) 間接原因: 5012 和5013 斷路器短引線保護(hù)受50136 刀閘分閘執(zhí)行不到位影響未能自動(dòng)投入, 以及1 號(hào)發(fā)變組保護(hù)出口壓板在5013 斷路器合閘時(shí)未投入, 導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組在反充電時(shí)失去保護(hù)是本次事故擴(kuò)大的間接原因。

2.3 保護(hù)動(dòng)作情況

(1) 5012 和5013 短引線保護(hù)動(dòng)作情況

正常情況下, 電廠50136 刀閘斷開后, 通過刀閘輔助接點(diǎn)應(yīng)自動(dòng)將5012 和5013 短引線保護(hù)投入。短引線保護(hù)裝置有保護(hù)啟動(dòng)信息, 沒有保護(hù)動(dòng)作報(bào)告,保護(hù)裝置面板“投保護(hù)”與“跳閘”燈未亮, 查詢保護(hù)開入信息發(fā)現(xiàn)“投保護(hù)”控制字為“0”, 根據(jù)以上信息, 5012 和5013 短引線保護(hù)在事故過程中一直未能投入運(yùn)行, 故5013 斷路器跳閘與其無關(guān)。

思考1: 第一, 從短引線保護(hù)動(dòng)作邏輯不難看出, 該保護(hù)啟動(dòng)條件為差流或過流, 當(dāng)50136 刀閘一相或多相未分到位時(shí), 對(duì)5013 斷路器合環(huán)操作, 產(chǎn)生發(fā)變組反送電電流, 此時(shí)潮流流向?yàn)橄到y(tǒng)指向發(fā)電機(jī), 短引線兩端CT 電流反向, 達(dá)到差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件, 使保護(hù)啟動(dòng)。第二, 從保護(hù)投入邏輯上分析, 短引線保護(hù)功能投入由保護(hù)功能壓板和50136 刀閘分位輔助觸點(diǎn)組成“或門”, 無論是人為操作投入保護(hù)功能壓板還是通過50136 刀閘輔助觸點(diǎn)該保護(hù)都會(huì)投入。但由于保護(hù)控制字與保護(hù)功能壓板為“與門”邏輯, 所以如果控制字為0, 即便保護(hù)功能壓板投入, 保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作。第三, 在保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)上, 采用50136 刀閘的輔助觸點(diǎn)對(duì)短引線保護(hù)進(jìn)行投退, 則一定是A、B、C 三相刀閘的觸點(diǎn)組成“或門”, 只要有一相分閘到位, 則短引線保護(hù)就能投入。當(dāng)然, 此處存在三相刀閘均不到位的可能, 所以對(duì)運(yùn)行人員的停機(jī)檢查開關(guān)位置, 和通過操作投入保護(hù)功能壓板提高了要求。第四, 遠(yuǎn)方NCS 監(jiān)控系統(tǒng)上, 為何有50136 分閘位置信號(hào)? 筆者認(rèn)為, 刀閘的位置信號(hào)應(yīng)采用“三相刀閘到位繼電器(行程開關(guān)) 的常閉輔助觸點(diǎn)的與門邏輯”。即, 必須三相刀閘都到位后,信號(hào)經(jīng)串聯(lián)送至NCS。而不能直接使用刀閘的常開輔助觸點(diǎn)進(jìn)行判斷刀閘是否到位, 更不能使用三相位置的或門進(jìn)行判斷。第五, 該事故發(fā)生后, 行業(yè)內(nèi)反響劇烈, 各發(fā)電公司都開展了隱患排查。對(duì)于500kV 升壓站采用AIS 方式的單位, 各刀閘位置明顯, 人員倒閘操作過程中現(xiàn)場(chǎng)檢查相對(duì)輕松。但對(duì)于采用GIS 方式的單位, 分合閘后必須要求運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)檢查, 日常要保持觀察窗清潔。同時(shí), 各單位也對(duì)短引線保護(hù)的投退方式采取了措施。有些單位, 為防止因刀閘位置不到位導(dǎo)致短引線保護(hù)不能投入, 將短引線保護(hù)功能壓板在運(yùn)行中保持投入, 只將出口壓板退出。對(duì)此, 筆者曾核對(duì)了660MW 機(jī)組和1000MW 機(jī)組滿載運(yùn)行情況時(shí)的短引線差動(dòng)電流, 極端情況下660MW 機(jī)組高壓側(cè)短引線差流0.27A, 小于定值0.5A; 1000MW 機(jī)組高壓側(cè)短引線差流0.3A, 小于定值0.6A, 短引線保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。同時(shí), 還應(yīng)考慮系統(tǒng)異常情況下, 突變量電流和零序電流, 也應(yīng)因地制宜。當(dāng)然, 這種方法也對(duì)運(yùn)行人員的嚴(yán)謹(jǐn)提出考驗(yàn), 如果運(yùn)行中誤投入短引線出口壓板, 特殊情況下可能發(fā)生保護(hù)誤動(dòng), 造成機(jī)組非停。

(2) 發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作情況

在合5013 斷路器時(shí), 發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)、突加電壓保護(hù)、失磁保護(hù)、程序逆功率保護(hù)、逆功率延時(shí)跳閘保護(hù)、發(fā)電機(jī)制動(dòng)過流、負(fù)序過流定時(shí)限、勵(lì)磁系統(tǒng)故障等保護(hù)動(dòng)作。電廠在合5013 斷路器前, 運(yùn)行人員按操作票將發(fā)變組保護(hù)跳5012 和5013 斷路器出口壓板斷開, 發(fā)電機(jī)組反充電時(shí), 雖然發(fā)變組相關(guān)保護(hù)動(dòng)作, 但由于出口壓板的退出導(dǎo)致無法分開5013斷路器, 故障持續(xù)了44s; 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)信息判斷,5013 斷路器后來跳閘是控制電纜燒損, 導(dǎo)通5013 斷路器跳閘回路所致。

思考2: 根據(jù)筆者了解, 該事故發(fā)生前很多發(fā)電廠在打閘停機(jī)后, 即對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)進(jìn)行操作, 將各保護(hù)出口壓板全部退出。這對(duì)后續(xù)的合環(huán)操作帶來隱患, 就如該案例中, 在合環(huán)操作時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行反送電, 雖然發(fā)電機(jī)相關(guān)保護(hù)全部動(dòng)作, 但由于出口壓板均退出, 導(dǎo)致5012 和5013 斷路器無法跳閘, 最終造成嚴(yán)重后果。所以, 針對(duì)3/2 接線方式, 在發(fā)電機(jī)打閘停機(jī)后, 退出發(fā)電機(jī)保護(hù)的操作修改至合環(huán)操作后再進(jìn)行是可取且有必要的。

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)發(fā)電廠短引線保護(hù)的原理和應(yīng)用的介紹, 結(jié)合事故案例對(duì)發(fā)電廠短引線保護(hù)的運(yùn)行方式提出了自己的思考與觀點(diǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn), 對(duì)發(fā)變組保護(hù)的運(yùn)行方式提出了個(gè)人建議。在構(gòu)建新的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程中, 大容量火電機(jī)組的安全穩(wěn)定依舊對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用, 我們電力人的責(zé)任依舊任重道遠(yuǎn)。