一起發(fā)電廠復(fù)合型繼電保護(hù)動(dòng)作事故分析

汪 洋，王勁松，劉天海，張雅君

（淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232098)

0 引言

伊拉克某電廠共有6臺(tái)燃油(氣)機(jī)組，由上海電氣集團(tuán)總包、上海電力運(yùn)營公司承運(yùn)。此項(xiàng)目是伊拉克戰(zhàn)后國家重建重點(diǎn)工程，發(fā)電量占伊拉克總發(fā)電量的1/4左右，可提供巴格達(dá)1/2左右的電力供應(yīng)，其總裝機(jī)容量為2 540 MW。

1 設(shè)備概況

繼電保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)事故發(fā)生期間，1期4×330 MW機(jī)組已經(jīng)商業(yè)運(yùn)行；2期2×610 MW機(jī)組中5號(hào)機(jī)組處于并網(wǎng)后試運(yùn)行階段，即伊拉克電力行業(yè)RTR階段(相當(dāng)于中國機(jī)組商業(yè)運(yùn)行前的“168 h試運(yùn)行”階段，由調(diào)試單位負(fù)責(zé))。該電廠400 kV 1期升壓站由5串構(gòu)成，為4臺(tái)機(jī)組、4條出線和2個(gè)聯(lián)絡(luò)變出線間隔，采用3/2接線，母線編號(hào)為ⅠA母線、ⅡA母線。400 kV 2期升壓站由2串構(gòu)成，為2臺(tái)機(jī)組與2條出線間隔，母線編號(hào)為ⅠB母線、ⅡB母線。1，2期400 kV母線通過4101，4202母線分段開關(guān)相連。5號(hào)發(fā)變組接4083，4082開關(guān)。整個(gè)400 kV升壓站示意圖如圖1所示。

事故前400 kV系統(tǒng)運(yùn)行方式為ⅠA/ⅡA母線及5串運(yùn)行、ⅠB/ⅡB母線運(yùn)行，母線分段4101，4202開關(guān)合閘。5號(hào)主變、線路串中，5號(hào)機(jī)組運(yùn)行，線路停運(yùn)，4081，4082，4083開關(guān)合閘；6號(hào)主變、線路串未投運(yùn)，3個(gè)開關(guān)均處于分閘狀態(tài)。

圖1 400 kV升壓站結(jié)線示意

2 事故經(jīng)過

2014-12-15T07:52，400 kVⅠA母線母差保護(hù)動(dòng)作，跳開400 kVⅠA母線所連接的開關(guān)；4083開關(guān)短引線保護(hù)動(dòng)作，5號(hào)機(jī)組跳機(jī)；5號(hào)機(jī)組廠用電快切裝置切換成功后極短時(shí)間內(nèi)，132 kV 3號(hào)啟備變高壓側(cè)開關(guān)跳閘，3號(hào)啟備變失電，機(jī)組失去高壓廠用電源；高壓廠用電源失電后，保安段失電，柴油發(fā)電機(jī)組未啟動(dòng)，無保安電源；為保障機(jī)組設(shè)備安全，搶送3號(hào)啟備變成功，廠用電帶電，5號(hào)機(jī)組安全停機(jī)。

3 事故分析

現(xiàn)場(chǎng)事故過程總體上由以下4個(gè)事件構(gòu)成：

(1) 400 kVⅠA母線母差保護(hù)動(dòng)作；

(2) 4083短引線保護(hù)動(dòng)作；

(3) 3號(hào)啟備變合閘成功又跳閘；

(4) 柴油發(fā)電機(jī)組未應(yīng)急啟動(dòng)。

下面依次對(duì)這4個(gè)事件進(jìn)行分析。

3.1 400 kVⅠA母線母差保護(hù)動(dòng)作分析

事故發(fā)生后，調(diào)試人員檢查各故障報(bào)告與記錄，發(fā)現(xiàn)4083開關(guān)短引線保護(hù)與400 kVⅠA母線母差保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。首先查看了400 kVⅠA母線母差保護(hù)，母差保護(hù)裝置采用的是南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS-915E型設(shè)備，由母差保護(hù)動(dòng)作記錄可知：故障時(shí)C相差流達(dá)到了8.77 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于母差保護(hù)動(dòng)作定值，保護(hù)動(dòng)作行為正確；從故障開始到故障完全切除的時(shí)間為2.5個(gè)周波，即故障持續(xù)的時(shí)間為50 ms左右。

根據(jù)保護(hù)的動(dòng)作信息，立即到升壓站對(duì)400 kVⅠA母線進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)由于冷水塔離升壓站很近，大風(fēng)將冷水塔水汽直接吹到升壓站母線上，造成母線支柱絕緣子放電擊穿，故障點(diǎn)放電痕跡很明顯。圖2為升壓站故障時(shí)拍攝的氣象圖以及絕緣子放電擊穿痕跡圖。

圖2 400 kV升壓站氣象及400 kVⅠA母瓷瓶放電痕跡

從圖2(a)可以看出，當(dāng)時(shí)400 kV升壓站水汽彌漫，現(xiàn)場(chǎng)相當(dāng)潮濕，極大地影響了電氣設(shè)備的絕緣性能。圖2(b)為故障點(diǎn)的情況，可以看出瓷瓶與支座之間有明顯的放電擊穿痕跡，此擊穿瓷瓶為C相，與母差保護(hù)記錄相符合，母差保護(hù)動(dòng)作正確。

3.2 4083開關(guān)短引線保護(hù)誤跳機(jī)分析

短引線保護(hù)主要針對(duì)3/2接線方式，當(dāng)一串開關(guān)中一條線路(或主變)停用，則該線路(或主變)側(cè)的隔離開關(guān)將斷開。此時(shí)保護(hù)用電壓互感器也停用，線路(或主變)主保護(hù)停用，因此在短引線T區(qū)范圍內(nèi)的故障，將沒有快速保護(hù)來切除。為此，設(shè)置了短引線差動(dòng)保護(hù)，在T區(qū)范圍內(nèi)故障時(shí)，該保護(hù)可快速動(dòng)作切除故障。

對(duì)于該電廠項(xiàng)目，短引線保護(hù)采用的是180°差電流回路接線。當(dāng)5號(hào)機(jī)組檢修，正常合環(huán)運(yùn)行時(shí)，由于4083，4082開關(guān)電流互感器中流過的電流幅值相等且向量和為0，即差流為0，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)短引線T區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)，2電流向量和不為0，出現(xiàn)差流，保護(hù)能可靠動(dòng)作以切除故障。

當(dāng)5號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)組分別通過4083，4082開關(guān)向ⅠB，ⅡB母線送出負(fù)荷。4083，4082開關(guān)電流方向相反，類似于短引線區(qū)內(nèi)的短路故障情況，所以需要退出短引線保護(hù)，防止保護(hù)誤動(dòng)。一般設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)時(shí)，短引線的投退方式有以下2種：

(1) 通過主變(或線路)隔離刀閘的常閉接點(diǎn)串入跳閘出口回路中，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投退短引線保護(hù)；

(2) 在跳閘出口回路中串入保護(hù)投退硬壓板，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行方式手動(dòng)投退短引線保護(hù)。

該電廠短引線保護(hù)的投退方式采用主變(或線路)隔離刀閘的常閉接點(diǎn)和保護(hù)投退硬壓板并聯(lián)的方式。短引線保護(hù)投入時(shí)，主變(或線路)隔離刀閘常閉接點(diǎn)閉合或者手動(dòng)投入保護(hù)硬壓板任一條件滿足即可；退出時(shí)，必須主變(或線路)隔離刀閘常閉接點(diǎn)打開并且手動(dòng)打開保護(hù)硬壓板2個(gè)條件同時(shí)滿足。短引線保護(hù)跳閘回路如圖3所示。實(shí)際接線采用隔離刀閘常閉接點(diǎn)的重動(dòng)接點(diǎn)與投退壓板并聯(lián)，并經(jīng)光耦隔離環(huán)節(jié)后接入短引線保護(hù)出口回路，將強(qiáng)電、弱電部分隔離。

圖3 短引線保護(hù)跳閘回路

事故分析時(shí)，通過詢問調(diào)試人員，發(fā)現(xiàn)調(diào)試人員在保護(hù)調(diào)試過程中，未能檢查清楚保護(hù)出口回路部分。調(diào)試人員根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為跳閘回路為主變側(cè)隔離刀閘常閉接點(diǎn)和外接保護(hù)投退壓板是串接后出口跳閘，如圖4所示。調(diào)試人員誤認(rèn)為只要主變隔離刀閘合上后，主變隔離刀閘常閉接點(diǎn)打開，保護(hù)自動(dòng)退出，不需要運(yùn)行人員手動(dòng)斷開壓板退出保護(hù)。

圖4 調(diào)試人員誤認(rèn)為的短引線保護(hù)跳閘回路

在5號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，雖然主變隔離刀閘常閉接點(diǎn)打開，但調(diào)試人員沒有手動(dòng)退出短引線保護(hù)硬壓板，造成短引線保護(hù)一直處于投入狀態(tài)，是造成此次短引線保護(hù)誤動(dòng)作，5號(hào)機(jī)組跳機(jī)的最直接原因。

另外一個(gè)需要分析的問題是：機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，短引線保護(hù)沒有動(dòng)作，而在母線出現(xiàn)接地故障時(shí)，保護(hù)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)。

通過檢查短引線保護(hù)定值，差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值為0.3 A，跳閘時(shí)間為0，CT變比為2 500/1，折算成主變出力為：此新建機(jī)組試運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)出力沒有達(dá)到此負(fù)荷值，所以短引線差動(dòng)保護(hù)沒有啟動(dòng)及出口跳閘。

而400 kVⅠA母線C相出現(xiàn)接地故障時(shí)， 5號(hào)機(jī)組通過2條途徑向故障點(diǎn)提供故障電流。第1條途徑:通過4083開關(guān)、4202開關(guān)以及1期400 k V完整運(yùn)行串向故障點(diǎn)提供故障電流；第2條途徑：通過4082開關(guān)、4081開關(guān)、4101開關(guān)向故障點(diǎn)提供故障電流。所以4082，4083開關(guān)電流會(huì)瞬間變大，即短引線保護(hù)的故障電流變大。從4083短引線保護(hù)動(dòng)作記錄可知：故障時(shí)2個(gè)開關(guān)C相電流明顯變大，2個(gè)開關(guān)電流都大于1 A，且相位相同，差流為2電流向量之和，所以故障瞬間短引線保護(hù)采集到的差流大于2 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于短引線保護(hù)定值0.3 A；另外故障電流持續(xù)時(shí)間約為2.5個(gè)周波，即約為50 m s，和400 kVⅠA母線保護(hù)完全切除時(shí)間大致相等。由此得出，在母線出現(xiàn)接地瞬間，短引線保護(hù)和母線保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。短引線保護(hù)動(dòng)作跳開4083，4082開關(guān)，5號(hào)機(jī)組跳機(jī)。

按照設(shè)計(jì)要求，當(dāng)母線故障時(shí)，母線保護(hù)動(dòng)作，跳開故障母線，隔離故障點(diǎn)。400 kVⅠA母線C相故障點(diǎn)不屬于4083短引線保護(hù)范圍內(nèi)，短引線保護(hù)動(dòng)作的原因是機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)該退出短引線保護(hù)，而調(diào)試人員沒有實(shí)際檢查保護(hù)裝置跳閘回路的邏輯，只是根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，未退出短引線保護(hù)，從而導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，5號(hào)機(jī)組跳機(jī)。

3.3 備用電源快切成功后啟備變跳閘分析

該電廠2期2×610 MW機(jī)組備用電源3號(hào)、4號(hào)啟備變?nèi)∽?32 kV母線。事故發(fā)生當(dāng)天，3號(hào)啟備變運(yùn)行，4號(hào)啟備變未投運(yùn)。其中3號(hào)啟備變間隔斷路器通過132 kV高壓電纜接到3號(hào)啟備變高壓側(cè)，距離比較遠(yuǎn)。132 kV高壓電纜保護(hù)采用光纖差動(dòng)保護(hù)，兩側(cè)裝有國電南京自動(dòng)化股份有限公司的PSL-621U型保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)光纖差動(dòng)以及遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)跳等功能。啟備變保護(hù)動(dòng)作時(shí)，通過遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)跳保護(hù)來實(shí)現(xiàn)3號(hào)啟備變132 kV高壓側(cè)開關(guān)的跳閘。其中，遠(yuǎn)傳保護(hù)是用于啟備變非電量跳閘，即：當(dāng)啟備變出現(xiàn)非電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)遠(yuǎn)傳保護(hù)將跳閘指令通過光纖傳到對(duì)側(cè)保護(hù)裝置，跳開啟備變高壓側(cè)開關(guān)。遠(yuǎn)跳保護(hù)是用于電氣量跳閘，即：當(dāng)啟備變電氣量保護(hù)動(dòng)作時(shí)，啟動(dòng)遠(yuǎn)跳保護(hù)將跳閘指令通過光纖傳到對(duì)側(cè)保護(hù)裝置，跳開啟備變高壓側(cè)開關(guān)。

查看廠用電快切過程中故障錄波器記錄的波形可知：3號(hào)啟備變低壓側(cè)A分支三相電流持續(xù)時(shí)間約234 ms。說明快切成功大約234 ms后，3號(hào)啟備變跳閘。

檢查啟備變跳閘原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)3號(hào)啟備變高壓側(cè)電纜保護(hù)裝置PSL-621U電纜保護(hù)中遠(yuǎn)傳保護(hù)動(dòng)作。而遠(yuǎn)傳保護(hù)必須由啟備變非電量保護(hù)動(dòng)作后才能啟動(dòng)。檢查啟備變非電量保護(hù)裝置，無任何報(bào)警、跳閘信號(hào)，裝置內(nèi)也無任何相關(guān)報(bào)文，相關(guān)DCS、故障錄波器中也未記錄任何非電量保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。因此，遠(yuǎn)傳保護(hù)動(dòng)作原因不明。

3.4 柴油發(fā)電機(jī)組未應(yīng)急啟動(dòng)分析

在正常情況下，當(dāng)啟備變跳閘、廠用電失電后，保安段2路主電源失電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該自動(dòng)啟動(dòng)為保安段供電。但此次事故中柴發(fā)設(shè)備并沒有啟動(dòng)。檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在試運(yùn)行期間，調(diào)試單位將柴發(fā)控制權(quán)限放在“就地”位置，調(diào)試結(jié)束后并沒有將控制方式還原到“遠(yuǎn)方”位置。致使在保安段失電時(shí)，柴發(fā)控制系統(tǒng)不能執(zhí)行遠(yuǎn)方啟動(dòng)的邏輯，使保安段完全失電。

為了保護(hù)設(shè)備安全，使發(fā)電機(jī)組可以安全停機(jī)避免主設(shè)備損壞，調(diào)試人員搶送3號(hào)啟備變成功，廠用電帶電，才使機(jī)組安全停機(jī)。

4 結(jié)束語

通過此次事故的分析處理，得到如下經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

(1) 力戒“經(jīng)驗(yàn)主義”。此次事故中短引線保護(hù)誤動(dòng)作，是由于調(diào)試人員經(jīng)驗(yàn)主義造成的，所以電力工作人員一定要摒棄憑經(jīng)驗(yàn)干活的陋習(xí)。經(jīng)驗(yàn)很重要，但不能脫離實(shí)際。任何現(xiàn)場(chǎng)的邏輯、回路都需要通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)、檢查來驗(yàn)證。特別對(duì)于短引線保護(hù)這種對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式有嚴(yán)格要求的保護(hù)，一定要嚴(yán)格把控，核對(duì)清楚回路及邏輯。

(2) 加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行方式管理。柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)未能啟動(dòng)，完全是由于設(shè)備管理出現(xiàn)問題造成的。電氣管理人員一定要重視并加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行管理工作。特別是對(duì)設(shè)備運(yùn)行方式的操作、保護(hù)定值及投退壓板管理等，容不得半點(diǎn)麻痹大意。此次事故發(fā)生時(shí)，如果啟備變不能搶送成功，很有可能造成發(fā)電機(jī)組損壞事故，造成巨大損失。

(3) 不放過任何疑點(diǎn)。雖然為了機(jī)組設(shè)備安全，搶送3號(hào)啟備變成功，但遠(yuǎn)傳保護(hù)動(dòng)作具體原因并未檢查出來，在以后設(shè)備的運(yùn)行中要加強(qiáng)觀察、分析，查明快切裝置動(dòng)作異常原因。作為繼電保護(hù)工作人員，必須認(rèn)真對(duì)待任何一個(gè)疑點(diǎn)，通過一切可能的手段與方法進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和論證，消除設(shè)備隱患，確保設(shè)備運(yùn)行安全。

(4) 認(rèn)真執(zhí)行設(shè)備防污閃事故措施。上述事故是一次由母線閃絡(luò)引起的連鎖故障。母線支柱絕緣子閃絡(luò)故障在國內(nèi)很多地方都曾發(fā)生，特別是在大霧、暴雨、大雪天氣，更容易造成此類絕緣事故的發(fā)生。由于伊拉克地處中東，干旱少雨，灰塵比較大，支柱絕緣子積灰情況比較嚴(yán)重，碰到大霧以及雨季，很容易發(fā)生閃絡(luò)故障，這也給日常維護(hù)工作敲響了警鐘。對(duì)于常見的瓷瓶積灰現(xiàn)象，電氣工作人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，仔細(xì)觀察、檢查瓷瓶和絕緣子的污臟情況，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，如加強(qiáng)巡檢、定期清掃等。

(5) 注重細(xì)節(jié)。很多電氣事故的發(fā)生都是由于忽視細(xì)節(jié)引起的。最簡單、基礎(chǔ)的工作往往最容易被忽視。因此，電氣工作人員一定要注重細(xì)節(jié)，才能防止失誤及事故的發(fā)生。

1 國家電力調(diào)度通信中心．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答[M]．北京：中國電力出版社，2004.

2 崔家增，孟慶炎，熊炳耀，等．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算[M]．北京：中國電力出版社，2006.