發電機非同期并網事故分析及處理對策

趙勝利，顏紅建

(湖南華菱漣源鋼鐵有限公司 能源中心，湖南 婁底 417009)

1 問題的提出

發電機并網條件有4個:發電機頻率與系統頻率相同;發電機出口電壓與系統電壓相同，其最大誤差應在5%以內;發電機相序與系統相序相同;發電機電壓相位與系統電壓相位一致。如果不滿足這些條件而使發電機和系統并網，可能造成發電機損壞的重大事故。下面對湖南華菱漣源鋼鐵有限公司(以下簡稱華菱漣鋼)一起由于控制回路設計缺陷造成發電機非同期合閘損壞發電機的事故案例進行分析。

2 事故案例

2.1 發電機系統概況

事故機組建于2009年，是利用燒結余熱進行發電的節能項目。發電機設置了真空式出口開關，開關操作機構為彈操結構，采用微機型保護及同期裝置。

2.2 事故的發生

2012－07－04 T 03:19，燒結余熱發電機在停機1 h后再次熱機啟機并網。運行人員按操作規程正常操作，在同步點時按“合閘”按鈕后發現同步表指針繼續按順時針方向旋轉，在轉過約45°角時，聽到“砰”的一聲巨響，馬上安排做緊急停機、停爐操作。

2.3 事故的檢查

檢查確認發電機定子A和B相對地短路，定子繞組燒壞。發電機差動保護動作跳閘，發電機保護裝置報文(摘錄報文):

2012－07－04 T 03:19:09.999 TWJ 1→0

2012－07－04 T 03:19:10.003 KKJ 0→1

2012－07－04 T 03:19:10.045 HWJ1 0→1

2012－07－04 T 03:19:10.072 HWJ1 1→0

2012－07－04 T 03:19:13.934 HWJ1 0→1

2012－07－04 T 03:19:13.936保護啟動0→1

2012－07－04 T 03:19:14.065 HWJ1 1→0

2012－07－04 T 03:19:14.081 TWJ 0→1

同期裝置報文(摘錄報文):

2012－07－04 T 03:19:09.990同期裝置合閘按鈕開入SOE投入。

2012－07－04 T 03:19:10.163同期裝置合閘按鈕開入SOE退出。

二次設備及開關的檢查:事故后詳細對同期裝置、整步表、同期繼電器、二次回路等進行了檢查，均正常;同期角度±14°(28°)，開關儲能時間4 s左右(合閘時儲能)，同期合閘脈沖維持時間173 ms，發電機開關設計有合閘自保持回路，但沒有設計彈簧未儲能閉鎖(如圖1所示);開關操作機構檢查未發現問題，開關能正常合、分閘;跳閘線圈最低動作電壓為100 V。

2.4 事故原因分析

針對從上述事故情況和發電機保護報文情況進行分析。

(1)操作人員進行發電機并網操作，在同期點時按發電機并網合閘按鈕(03:19:09.990按下)發出同期合閘脈沖信號(03:19:10.163松開，合閘脈沖消失)，脈沖信號維持173 ms;在圖1、圖2中，合閘線圈HQ與合閘自保持線圈HBJ同時得電，發電機開關進行第1次合閘，從03:19:09.999 TWJ 1→0到03:19:10.045 HWJ1 0→1，有46 ms的合閘過程;但03:19:10.072 HWJ1 1→0開關又從合到分，跳閘時間27 ms。從 03:19:09.999 到 03:19:10.072 開關進行了第1次手動同期合閘到自動跳閘的轉換。

(2)在開關第1次合閘的同時，儲能操作機構同步重新儲能(儲能時間從03:19:10.045 HWJ1 0→1開始到 03:19:13.934 HWJ10→1結束，約3.889 s)。開關合閘變位27 ms后，立即自動斷開，但合閘脈沖維持173 ms，由于合閘脈沖維持時間(173 ms)大于開關跳閘時間(27 ms)，合閘自保持線圈HBJ仍然進行自保持，合閘脈沖沒有自動解除。在03:19:13.934 HWJ1 0→1儲能結束時，開關第2次自動合閘;在03:19:14.065 HWJ1 1→0，發電機保護跳閘。從03:19:13.934 HWJ1 0→1開關合閘到03:19:14.065 HWJ1 1→0開關分閘，開關完成從自保持合閘到保護跳閘的第2次合、分閘過程，此時發電機電壓相位與系統電壓相位已發生偏離，形成非同期合閘，燒毀發電機定子。

綜上所述，開關第1次合閘后又立即自動跳閘(分析可能是機械故障)是事故的誘因。但設計圖中沒有將“彈簧未儲能閉鎖接點”串入合閘控制回路，開關在第1次合閘動作后又跳閘，但合閘脈沖依然保持，待彈簧儲好能后開關自動延時合閘，從而發生非同期并網事故。

2.5 處理對策

將發電機出口開關的彈簧未儲能閉鎖接點(S12)串入開關合閘回路，在彈簧能量釋放時打開，合閘保持繼電器(HBJ)斷電，即可實現開關動作后自動解除合閘脈沖，即使開關出現故障合閘不成功，也不會出現非同期下的自動合閘，整改后斷路器合閘回路如圖2所示。

按圖2整改后，對開關進行數次試驗，在開關彈簧釋能后，可使合閘保持斷電，解除自保持，達到預期目的。

3 事故的反思

3.1 行業標準對斷路器控制回路的規定

電力行業標準DL/T 5136—2001《火力發電廠、變電所二次接線設計技術規定》“二次回路設計的基本要求”中規定:“斷路器的合閘或跳閘完成后應使命令脈沖自動解除。”

從該案例可看出如下問題:在微機保護設計中，測控裝置有自保持繼電器，但1個合閘程序完成，自保持回路只靠外接點斷電，合閘命令脈沖不能在裝置中自動消除，說明保護裝置在設計、制造過程中存在不足;設計中沒有充分考慮開關合閘不成功的情況，因而沒有采取有效的閉鎖措施，合閘命令脈沖不能自動解除。

因此，應正確理解和足夠重視電力行業標準，采取有效的技術手段滿足標準要求。

3.2 電力行業標準的應用

對于彈操機構的開關，在設計圖中應將“彈簧未儲能”接點串入開關合閘回路，這點必須作為設計標準或反事故措施固化下來。

對于保護測控、操作裝置，繼電保護廠家應研究合閘保持繼電器的保持時間，不能只靠外接點來解除保持。作者認為，自保持繼電器應能在保持一段時間后(稍大于開關的合跳閘時間之和約100 ms)自動斷電，這樣也能滿足命令脈沖自動解除的規定。同時要注意自保持繼電器接點(圖2中HBJ)粘連問題，雖然粘連幾率極小，但對于發電機并網及其他系統聯絡開關來說，如果自保持繼電器接點(HBJ)粘連，則無需通過同期檢測，開關可在任意點(含非同期點)自行合閘，這是極其危險的。為此，可考慮再將同期檢測接點串入自保持回路，形成多重閉鎖。

電力行業標準、規定、反事故措施是在實踐中不斷完善和發展的，許多條款只做了原則性規定，但有些方面并沒有明確接點怎么接、二次回路怎么設計等問題。因此，應在理解和遵守規定的基礎上靈活應用，推動行業標準更趨完善，使之更具可操作性。

4 結束語

綜上所述，斷路器合閘回路沒有自動解除合閘脈沖的措施是設計中存在的缺陷。此類事故在系統中并不多見，但在少數發電機組中是存在的，一旦出現會導致發電機組損壞的嚴重后果。因此，本文介紹的防范措施和處理方法，對于避免發電機損壞事故有一定的參考價值，并具有良好的經濟和社會效益。

［1］DL/T5136—2001，火力發電廠、變電所二次接線設計技術規程［S］.