700 MW機組廠用電切換失敗導致機組解列的事故分析及防范措施

尹松

(廣東省粵電集團有限公司珠海電廠，廣東 珠海 519050)

1 問題的提出

某電廠700 MW機組并網成功后，負荷保持34 MW，鍋爐雙側風組運行。在廠用電切換過程時，6 kV 1B1母線失電，導致由1B1段供電的1A定子冷卻水泵因失電而停運，系統發出定冷水差壓低報警。隨后1B定冷水泵聯鎖啟動成功，但仍發出“GSU BREAKER TRIP(86TB/94 TB)”跳閘信號，機組解列，快速甩負荷 FCB(Fast Cut Back)成功［1］，汽輪機保持3000r/min的轉速。由于并網期間帶負荷較小且機組的FCB成功實現，保證了機組鍋爐的正常運行，雖沒有造成較大的經濟損失，但其中存在的隱患卻值得深思，如果不及時消除，勢必會影響機組的安全運行。

汽輪發電機由美國西屋公司(Westinghouse)制造，額定功率為746 MW，它直接與汽輪機聯軸且全封閉，它是具有阻尼繞組隱極式轉子的三相兩極交流同步發電機。發電機冷卻方式為水氫冷，即定子繞組水內冷，轉子繞組氫內冷(通風形式為氣隙取氣斜流式)，定子鐵芯及其他結構件為氫氣表面冷卻［2］。定子冷卻水系統配備2臺離心式定冷水泵，在機組正常運行時，1臺運行，1臺備用。定子線圈冷卻水通過定子線圈空心銅棒和其他載流部件帶走這部分電耗產生的熱量并控制水的電導率。發電機斷水保護不是直接通過流量信號實施，而是取發電機定子線圈冷卻水進、出口差壓信號［3］來完成，當前、后差壓小于152 kPa時保護動作，解列發電機。

2 事故原因分析

在定冷水電導率高信號存在的條件下，由現場來的任意一個定冷水差壓低信號存在超過2 s，會由OR321模塊發出主變壓器開關斷開指令，解列發電機。若差壓低信號存在超過4 s會通過OR322發出跳閘信號，跳閘汽輪機和發電機，定冷水流量保護邏輯如圖1所示。

圖2給出了定冷水泵聯鎖控制的邏輯圖，1A，1B 2臺水泵互為聯鎖，當1臺水泵故障時，1.5 s后聯鎖啟動備用泵。

造成事故的直接原因為6 kV 1B1母線失電導致1A定冷水泵跳閘。6 kV 1B1段備用電源開關52B為合閘狀態時，其輔助接點19～22沒有正常翻轉，保持接點接通，當工作電源開關(52A開關)投入熱備用時，在開關蓄能機構帶電期間，正電源經該觸點倒送至TRX/LA繼電器，導致52B開關跳閘。因6 kV 1B1段失電，1B121MCC上的1A發電機定子冷卻水泵跳閘。4 s后定冷水差壓低保護動作，啟動電氣94GSU繼電器，跳開#1主變壓器出口開關2201，發電機解列。

由6 kV 1B1段供電的定子冷卻水電導率表在失電后輸出信號異常，發出導電率高報警，也是機組解列信號產生的另一個重要原因。

另外，定冷水泵具備連鎖功能，卻沒能發揮應有的保護作用，值得探討。這些因素對于熱工聯鎖保護的設計和應用具有重要借鑒意義。

3 防范措施

3.1 邏輯優化

按照邏輯設計，1A，1B定冷水泵互為連鎖，跳閘1.5 s后應連鎖啟動另一臺水泵。而汽輪機數字電液控制系統DEH(Digital Electric Hydraulic Control System)在電導率高信號存在的情況下，定冷水差壓低信號存在超過2s就會解列發電機，因而從連鎖啟泵到復位信號的時間差只有0.5 s，略顯不足。根據需要，運行人員做了如下準備和試驗:

汽輪機DEH GD14(圖1)中強制H/L321輸出為“1”;強制DEH系統RCV23畫面中功能碼LD03259和RCV24畫面中功能碼LD03275，是DO輸出保持為“0”。

在工程師站上做DEH GD14(圖1)畫面中功能碼 OR321，OR322，OR323 和 AND321 趨勢，做 A，B定子冷卻水泵狀態指示、定子冷卻水差壓小于152 kPa，A，B定子冷卻水跳閘顯示其6點趨勢。

3.1.1 高水泵揚程(試驗1)

根據泵的性能曲線，適當提高水泵揚程［4］，A，B定冷水泵出口壓力分別為640 kPa和630 kPa，B泵跳閘連鎖A泵運行，延時為1.5 s，試驗結果如圖3所示。

圖3中#1線為功能模塊 OR323，#2線為OR321，#3線為OR322(后面圖與此相同)。

在此狀態下，OR323，OR322，OR321狀態均變為“1”，觸發 OPEN GEN CB(94GSU)和 GSU BREAKER TRIP(86T)動作。不能滿足連鎖要求。

3.1.2 取消延時，B泵自啟(試驗2)

保持當前壓力，當A泵跳閘連鎖B泵運行延時為0 s時，試驗結果如圖4所示。

此時OR321，OR322狀態無改變，不觸發OPEN GEN CB(94GSU)和 GSU BREAKER TRIP(86T)動作，滿足要求。

3.1.3 取消延時，A泵自啟(試驗3)

當B泵跳閘連鎖A泵運行延時為0 s時，試驗結果如圖5所示。

圖5 B泵跳閘連鎖A泵運行且延時0 s(截屏圖)

此時OR321，OR322狀態無改變，不觸發OPEN GEN CB(94GSU)和 GSU BREAKER TRIP(86T)動作，滿足要求。

由以上試驗可知，當發電機定子冷卻水泵相互切換時間由1.5 s改為0 s時，任一運行中的定子冷卻水泵跳閘后，相應備用泵自啟后能保持定子冷卻水系統正常，發電機保護未發生動作。為確保發電機穩定運行，將定子冷卻水泵跳閘后啟動備用泵時間由1.5 s改為0 s。

3.2 更換新型儀表

當前，熱工控制系統已成為決定發電機組安全運行和經濟指標的主導系統之一，信號測量與反饋的真實與準確程度是控制系統保證機組安全、穩定運行的關鍵［5］。目前，工業儀表出現故障后，按輸出信號可以分為3類:

(1)輸出為0，如本特利振動監視系統。(2)輸出高限，如常用的熱電偶測溫。

(3)保持不變，如帶“三斷”(斷電源、斷信號、斷氣源)保護的一些儀表。儀表選型應該具體到測量參數的類型和作用。

電導率是一個漸變的參數，在一段時間內保持穩定，因此，選取有保持故障前狀態的儀表較為合適。原有的電導率表在失電后沒有記憶功能，會發出電導率高信號。現在采用的新型儀表，當失電時，儀表會自動記憶失電瞬間電導率值，不會輸出越限信號，待電源恢復后能夠重新測量當前值。

重要儀表、控制系統都會采用不間斷電源UPS(Uninterruptible Power System)供電，這樣，會避免停電帶來的嚴重損失，此次將電導率儀表電源進行改進，增加1路備用電源，避免廠用電切換失敗儀表輸出錯誤信號。

3.3 制訂反事故措施

為防止同類故障發生，結合運行維護經驗和現場實際，制訂集控6 kV廠用電切換系統反事故技術措施［6］。

(1)對于集控6 kV各段，在檢修完畢恢復時，在備用電源開關52B合上、母線帶電運行后，即進行52B的開關輔助接點檢查，以保證52B的開關輔助接點正常翻轉。在確保運行人員將52A轉熱備用的情況下，不會發生送52A合閘保險而啟動切換繼電器，使52B開關跳閘，造成母線失電的意外。

(2)在機組檢修完畢且發電機并網成功后，集控6 kV工作電源開關已在熱備用狀態，檢修人員應會同運行人員，全面檢查切換回路正常。執行6 kV切換回路檢查卡1。

(3)在機組正常運行過程中，啟備段或52B開關需要檢修，在檢修工作結束且52B開關投入熱備用前，也要進行切換回路檢查，以免在送52B開關合閘保險時造成52A開關跳閘而導致機組甩負荷或停機的意外事故發生。執行6 kV切換回路檢查卡2。

(4)在6 kV廠用電系統檢修工作結束恢復送電時，對有關保險的位置狀態，運行和檢修人員應注意檢查和確認。

4 結論

對于成熟的熱工連鎖保護，在設計過程中，就要把各種可能的情況估計到位，諸如電源的冗余設計、儀表的故障信號、控制模塊故障的影響、誤信號處理方式、連鎖方式的投入、延時的設置等，盡可能以實際動作情況進行修正。在運行維護時，也要注意通過制訂全面的技術措施，減少人為因素的影響，才能確保設備穩定、經濟和可靠運行。

本文分析了700 MW機組母線失電導致機組解列的原因，通過試驗的方式，結合實際情況，采取了邏輯優化、更換新型儀表、制訂運行維護反事故等項措施，有效地消除了系統存在的缺陷，這些舉措可對今后熱工連鎖保護的設計實施及運行維護提供參考。

［1］王立地，姚金環.FCB功能的成功應用與一種新的實現方案［J］.自動化儀表，2004，25(6):48－52.

［2］王珺.一起定冷水換水引發異常的思考［J］.電力安全技術，2006，8(5):51.

［3］范為革.論水泵揚程與揚升高度的關系［J］.設備管理與維修，2003(1):30－31.

［4］鄭鳳苓.熱工系統安裝中的典型問題分析與處理［J］.電力建設，2010，31(7):98 －100.