厂用电运行方式不合理,事故扩大全厂停电

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2017年11月14日

2005年7月,某水电站进行机组的无功进相试验,在进相试验的机组开机并网时,随即发生220 kV线路光纤差动保护误动,并进一步发展为全厂停电的事故。
【事故经过】
1、基本概况及事故发生时的运行方式
该水电站在事故发生时还是在工程建设中。4号发电机和3号发电机相继投产,由于线路电容的存在,220 kV母线电压总是偏高,机组要无功进相运行。事故发生前的运行方式为:220 kV皇林I线2237DL合闸并入系统运行。220 kV两段母线并列.3号机带有110 MW负荷,4号发电机在热备用状态。4号主变空载带4号高厂变(即厂用电10 kV二段),10 kV一段由3号高厂变带,全部厂用电负荷都是由10 kV一、二段带,10 kV三段母线设计是没负荷,它只通过10 kV联络开关作为10 kV一、二段的备用电源。
2、事故经过
在中调同意下4号发电机开机并网,运行人员执行“4号发电机发电”操作后不久,现场看到机组启动并启励建压正常,接着就听到发电机出口开关合闸声音,但很快就听到机组的声音有点异常(事后的分析证明就是机组开始过速的声音),接着全厂一片漆黑。运行反应整个监控系统瘫痪,屏幕无显示。运行人员立即对一次设备进行检查,发现一次设备本体没有异常,但整个220 kV母线失压,两台发电机组停机,厂用电消失。保护检查结果是220 kV皇林I线WXH-803光纤差动保护有动作出口跳闸信号,但是该线路的WXH-802高频距离保护盘没有动作出口信号,两台机组的WFB-801保护A、B套均发失磁三段动作
信号,无其它保护动作出口信号,两台机组故障录波都没有录波数据。初步判定厂用电系统一次设备本体没有故障后,迅速通知运行人员从施工变倒送厂用10 kV电源,恢复监控系统的运行。将皇林I线保护只有光纤差动保护动作而高频距离保护没有动作的情况汇报中调后,中调同意由对侧皇宫变对皇林线充电,正常后对220 kV母线充电正常,再开3号机组并网运行正常,事故处理算告一段落。
【原因分析】
1、因为监控系统的瘫痪,没有能够录到机组在事故过程中的一些参数,两台机组的故障录波器都没有记录下事故过程。唯一可供分析的是220 kV系统录波器记录的本次事故波形,波形显示皇林I线出线开关2237DL先跳闸,约11 s后是3号主变高压侧的2203开关、4号主变高压侧的2204开关同时跳闸。据此可以推断出皇林I线的光纤差动保护的动作是整个事故的直接原因。
2、从录波图看皇林I线确实有很大的突变电流,但电压变化不明显,而且线路的另外一套保护WXH-802高频距离保护并没有动作出口,220 kV线路保护配有两套全线速动的纵联保护,一般情况下,线路发生区内短路故障时,两套主保护均应无延时跳闸,因此初步推断线路并没有短路故障,对侧分析的结果也是一样,从而断定220 kV皇林I线光纤差动保护误动作。
但是,保护动作首先必须启动保护进入故障处理程序才有可能出口,再从波形上看确实有很大的突变电流,保护的启动是正确的。所以要找这电流突变的根源。联想到机组刚并网,很自然地会想可能是并网的冲击电流。再调阅220 kV系统故障录器的录的故障波形,4B主变高压侧电流突变比其它间隔来得明显,看来4号发电机并网确实有比较大的冲击电流,这是引起皇林I线电流突变启动保护的原因,这从时间上看也是吻合的,可见机组并网的冲击电流是保护误动的导火索。
3、保护厂家检查了保护现场安装的情况,并将保护误动时的装置录波数据传回公司,做了多次动模试验进行模拟,都没有发生误动,因此,保护厂家认为本次误动跟两侧光纤通道有很大关系。该保护采用的专用光纤通道由两部分组成,保护配有小功率光端机到通信室,通过PCM复用设备,再经长达100 km左右的线路光纤到对侧,另外一侧通道也是这样构成。以前运行时发现过有误码的情况,但不算很严重,没有到告警的程度。该光纤差动保护的误码就是计算固定时间窗内错误数据的桢数,每桢数据只要有一个错误数据,该桢数据就忽去不用,同时算一个误码,误码高说明光纤通道不是很理想。由此断定误动的原因是光纤通道不理想,但保护内部处理软件也可能有不合理地方。
4、机组停机的原因
在220 kV线路皇林I线跳闸后,两台机组脱离系统后互相并列运行,很难稳定运行。4号机刚并网在空载运行状态,3号机带11万kW负荷,由于线路开关的跳闸负荷送不出去造成3号机组转速上升,4号机会吸收3号机的有功造成转速也上升,也就是3号机加速拖动4号机也跟着加速,由于惯性的关系,4号转速上升还会比3号机快,且它的导叶在空载开度,调速器的动作对它不起任何作用,这么大的有功很快就会让4号发电机达到一级过速值。再从220 kV故障录波图可以看到,在线路跳开关2237跳闸后,220 kV母线频率(也就是机组频率)稳步上升,但是达到55 Hz后又恢复正常,由于这录波图上变正常的频率导致分析变得困难。没有达到一级过速频率就突然正常了,这不合常理,回头重新看220 kV母线电压波形,从波形的周期来推算,机组频率还在继续上升,从周期推算出频率最高达到58 Hz,这就超过了机组一级过速值115 010额定转速(对应频率即57 Hz),且在机组达一级过速后不久2203DL和2204DL同时跳闸。后询问故障录波器厂家,该录波器分析软件在频率高于55 Hz和低于45 Hz它就自动认为是频率通道出差错,显示50 Hz的正常频率,这是后话。机组一级过速达到以后,还需要主配的失灵接点才能动作停电机。在2237开关跳闸后,两台机在并列运行,电调只能通过频差的PID运算结果来关导叶,有一种可能是主配动作的幅度不足以断开主配失灵接点,或是主配失灵接点调节不是很到位导致失灵接点没有断开,才最终启动一级过速停机。
5、4号机并网时出现冲击电流的原因
机组并网时的理想情况是压差和角差为00.这样就不会产生冲击电流。但并网前发电机和系统的频差的存在,使两电压相量角度差是一直在变化,角差的存在就会产生压差,并网时断路器主触头合上瞬间的角差大小决定了冲击电流的大小。调阅两台机组故障录波盘记录下的各次并网的数据,分析结果让人吃惊:两台机的同期装置SJ-12A参数设置都一样(两台机整定的导前时间均是60 ms.发电机出口开关是ABB开关,合闸时间48 ms,左右,因为要加上继电器的动作时间,可以认为整定的导前时间是没有问题),但动作行为差别很大,3号机每次并网时导前角度基本上在20左右,而4号机并网时的导前角度有很大的不同,差的时候高达近100,好的时候只有20左右。从4号机的录波图中可以看到4号机组在导前角度100并网时,冲击电流近4 000 A(一次电流值,这接近机组的额定定子电流值)。所以得出结论是:4号发电机同期的装置存在问题。后对4号机的同期装置进行很多次的试验,结果是大数时候70左右的导前角,特好(导前角20左右)和特差(导前角超100)的均不多。厂家换一新的同期装置进行了同样的试验,结果还是一样。将4号机的装置拆到3号机进行试验,结果也是很理想,最终排除了同期装置本身的问题。从机组录波来看PT二次电压波形很好,没有畸变。检查中发现同期装置的对象选择接线有一处没有接触好,线是紧的,但是压的是线皮,等于这根线是悬空状态,而这正是造成4号机并网时好时坏原因。该型同期装置SJ-12A可以对多个对象进行同期合闸,各个对象可分别进行参数整定,每次并网时对象是通过开关量来判别。这根线没有接触好说明同期装置在同期过程中没有选择到对象,那么在同期合闸的过程中就不能调用这个对象的整定参数,即发合闸脉冲时就不是用该对象整定的导前时间来计其导前角度,而是以装置默认的导前时间来计算导前角度(这默认的导前时间为200 ms),这可是实际所需导前时间的5倍,这无形中把导前角度误算到5倍的差值,于是找到了4号机组并网时冲击电流的产生原因。
事故大概的过程就是,皇林I线在4号机并网的冲击下误动作跳2237DL,紧接着4号、3号发电机相继一级过速停机灭磁.3号机最后停机灭磁后两台机失磁三段(动作条件是220 kV母线低电压和转子低电压)动作跳开2203DL、2204DL、1003DL、1004DL,同时全厂停电。
【防范措施】
1、针对220 kV皇林I线保护误动原因,更换了WXH-803光纤电流差动保护配用的光端机,降低了光差保护的通道误码率,并对保护软件进行了升级。
2、对同期装置的二次端子接线情况进行了全面检查,防止接触不好和接线错误的情况。厂家对同期装置软件进行了改进:在没有选上对象时不会进行同期合闸。
3、4号发变组故障录波器没有启动是因为装置本身死机,后来厂家进行了处理。3号发变组故障录波器没有启动是因为装置失电,事故时因为交流电消失,而直流电源开关在跳闸状态,所以没有能够录下故障数据。
4、监控系统在交流电源消失时没有投入UPS电源,对UPS电源系统整改和试验,保证交流电源消失时能正确投入运行。
5、正常运行时必须保证相互独立的两段厂用电源,但从同一段220 kV母线上接的厂用电源不能算是相互独立的厂用电源,因此投入施工变电源作为10 kV备用电源。
6、这次全厂停电事故的直接原因是220 kV线路保护误动,事故的诱发原因是4号机组同期并列产生的不正常冲击电流,而导致事故扩大为全厂停电的重要原因则是事故前厂用电运行方式不合理。值得注意的是,导致4号机组同期并列产生不正常冲击电流的原因仅仅是二次回路端子的一根线没有接好,这暴露出一个很重要的问题:现在二次回路普遍使用的凤凰端子,安装接线确实方便,但是二次电缆线的线芯在凤凰端子里的压接情况是看不见的,不像螺钉压接接线的端子排端子,电缆线有没有接好一目了然。这次事故还提醒我们:要重视对监控系统UPS电源的维护检查,而且要做到定期试验:在进行各种并网的电气试验前,对厂用电运行方式要考虑全面。这次事故时,厂用电虽有两段电源,但其实就只有一个电源,因为他们都接在同一个220 kV母线上,如果在此试验前,用施工变电源带一段10 kV厂用电,就可以避免全厂失电。
 

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