電廠蓄電池組故障引發的異常分析及處理

張帆，閆虹，王巍

(神華國華永州發電有限責任公司，湖南永州425000)

電廠蓄電池組故障引發的異常分析及處理

張帆，閆虹，王巍

(神華國華永州發電有限責任公司，湖南永州425000)

根據某發電廠廠用電源切換時發生的一起直流220 V蓄電池組故障，同時柴油發電機聯鎖啟動不成功，造成機組直流系統異常、UPS系統失電、DCS系統失電、機組各直流油泵聯鎖啟動后又跳閘等一系列異常事件，分析了直流220 V蓄電池組故障及柴油發電機啟動不成功對其他系統和設備帶來的影響，并提出了相應的處理意見和建議。

直流系統；蓄電池；柴油發電機；UPS系統；廠用電

直流系統是發電廠的重要系統，直流系統的正常與否直接影響到機組的安全穩定，在機組正常運行和事故情況下都必須保證直流系統持續穩定運行。某電廠直流220 V系統的作用是為機組的各直流油泵、機組UPS系統及事故照明等重要設備和系統提供事故保安電源。文中通過對某電廠廠用電切換時發生的一起直流220 V蓄電池組故障同時柴油發電機聯鎖啟動不成功造成機組直流系統異常、UPS系統失電、DCS系統服務器失電、機組各直流油泵聯鎖啟動后又跳閘等一系列異常事件，分析了直流220 V蓄電池組故障及柴油發電機啟動不成功對其他系統和設備帶來的影響，并提出了相應的處理意見和建議，對進行機組直流系統及蓄電池組故障、柴油發電機異常、機組UPS系統異常等方面的異常處理具有一定的參考和借鑒意義。

1 系統運行方式介紹

某電廠二期兩臺百萬機組線路出線與一期兩臺機組線路出線分別接在兩個不同的電網上。因該電廠啟備變接在一期電網側，為避免兩個電網在二期機組6 kV母線側出現合環，引發事故，所以二期機組不能使用6 kV廠用電源快切裝置。機組正常運行時若發生廠用電失電事故，備用電源無法實現自動切換功能，需在機組停運狀態下采取手動先斷后合的方式進行。該電廠二期兩臺百萬機組均設計有4段6 kV母線，如圖1所示。本次機組廠用電源切換前二期兩臺機組均處于停運狀態，因機組停運時間不長，汽機缸溫仍然較高，汽輪發電機組各油系統、發電機氫氣系統、汽輪機盤車系統持續運行中。二期機組的廠用電源全由啟備變提供，兩臺機組高廠變來6 kV母線工作電源進線開關均在檢修位置。

圖1 機組6 kV廠用電系統

2 異常及處理

事發前準備進行二期兩臺百萬機組的廠用電源切換操作。為避免兩個電網在二期機組6 kV母線側出現合環，引發事故，該電廠準備采取先依次將一臺機組4段6 kV母線的備用電源進線開關斷開并拉到試驗位置后，再逐段合上各段6 kV母線的工作電源進線開關的方式進行操作。操作先從4號機組開始，依次逐段拉開了4號機組6 kV 4A1段和6 kV 4A2段母線的備用電源進線開關，該操作未發生異常現象。但是拉開6 kV 4B1段母線備用電源進線開關后，接連出現了集控室照明變暗，柴油發電機聯鎖啟動5 s后跳閘，4號機組DCS電腦畫面全部黑屏無法監視，主機直流油泵、直流密封油泵和兩臺小機直流油泵聯鎖啟動后又相繼跳閘等一系列異常現象。異常發生后，就地手啟密封油直流油泵和主機直流油泵，發現均無法啟動。因發電機密封油系統和主機潤滑油系統均停運，為防止發電機內氫氣泄漏引發火災或爆炸事故〔1〕，就地進行發電機緊急排氫操作。就地檢查發現4號機組兩套UPS系統全部失電，因DCS操作電腦失電無法遠控操作，緊急情況下在6 kV配電間就地手動合上了4號機組前面拉開的6 kV母線段備用電源進線開關，恢復了機組的廠用電源；后逐步將機組保安電源、直流及UPS系統、DCS系統及機組各油系統、主機盤車等恢復至正常運行狀態。事后就地檢查柴油發電機未發現明顯的異常現象，重新試啟柴油發電機發現又可以正常啟動。

3 異常情況分析

3.1 直流油泵聯鎖啟動后又相繼跳閘的原因分析

事后經查閱相關設備的歷史參數曲線發現，當機組6 kV 4B1段母線失電后，因柴油發電機啟動后又跳閘，導致機組保安段電源失去，機組正在運行的交流油泵全部跳閘，汽輪發電機組的直流油泵、直流密封油泵和兩臺小機的直流油泵均有時間不等的短暫啟動運行記錄，后又全部相繼發生跳閘。事發后曾多次嘗試進行手動啟動主機直流油泵和直流密封油泵，發現兩臺直流油泵的電源開關合閘后就立即跳開。另外在查閱直流220 V母線電壓歷史參數曲線時發現，在該機組幾臺直流油泵聯鎖啟動的同時直流220 V母線電壓呈現出明顯的快速下降趨勢，最低下降至98 V。由此可以判斷出機組幾臺直流油泵聯鎖啟動后又相繼跳閘的原因是直流220 V母線電壓降低后引起直流電機欠壓保護動作。為了驗證這個判斷，進行了事故模擬試驗，結果發現同時啟動機組的4臺直流油泵運行后直流220 V母線電壓開始快速下降，最低降至83 V。由此也證實了該臺機組直流220 V母線電壓異常下降的原因是蓄電池組故障，這也是引發本次異常事件的主要原因之一。

事后經過檢測發現該電廠4號機組直流220 V部分蓄電池已經故障失效，為確保機組廠用電的正常切換和二期機組的正常啟動，暫時將4號機組直流220 V系統的蓄電池組退出運行，合上鄰機來直流220 V母線聯絡刀閘，由鄰機的充電裝置通過聯絡刀閘帶兩臺機組兩段直流母線并列運行。事后通過對蓄電池組進行充放電試驗及更換部分故障蓄電池等方法恢復了機組蓄電池組的正常備用〔2〕。

3.2 柴油發電機未成功啟動的原因分析

當機組6 kV 4B1段母線失電后，柴油發電機聯鎖啟動約5 s后跳閘，導致機組保安段電源失去，這是引發本次異常事件的另一個主要原因。

事后進行了柴油發電機試啟動試驗，發現柴油發電機又可以正常啟動，經檢查也未發現明顯異常。但是在4號機組啟動運行后首次柴油發電機試啟動定期工作時，發生了柴油發電機無法啟動的異常現象，經檢查發現柴油發電機本體控制面板有“冷卻液溫度低”的報警信息〔3〕。后檢查發現柴油發電機本體冷卻液加熱器電源空開故障，加熱器不能正常工作，導致柴油發電機本體因溫度低無法啟動。由此可以斷定上次柴油發電機聯鎖啟動5 s后跳閘也是該原因導致的，和本次異常不同的是上次柴油發電機聯鎖啟動后又因本體溫度低導致運轉不正常，5 s后發生跳閘，柴油發電機在經過前面一次短暫的轉動后，其本體溫度得以適當加熱提高，所以事后試啟柴油發電機又成功啟動，導致該缺陷沒有被及時發現，給4號機組的安全運行埋下了隱患。

3.3 機組UPS系統失電的原因分析

該電廠二期每臺機組裝設兩套UPS主機 (2×100 kVA并機運行)、一套旁路電源、一面負荷饋線柜，兩套UPS主機的交流電源和旁路電源都接自機組保安段，如圖2所示。當機組保安段電源失去后，導致機組UPS系統主路和旁路兩路交流電源全失，此時UPS系統自動切換到蓄電池供電模式，由直流220 V蓄電池組帶逆變器工作。但因事發時蓄電池組故障使直流220 V母線電壓下降過低導致UPS系統逆變器欠壓保護動作而自動停止工作，逆變器欠壓保護動作定值＜176 V，本次事故造成直流220 V母線電壓最低降至98 V，已嚴重低于UPS系統逆變器欠壓保護動作定值，最終導致機組UPS系統失電，進而引發機組DCS系統電源失電，所有操作電腦顯示器黑屏無法操作和監視的異常事件。

圖2 機組UPS系統

3.4 6 kV 4B1段母線停電引發異常的原因分析

6 kV 4B1段母線停電跟6 kV各段母線的負荷配置有關系。經過前面的分析可知引起本次一系列異常事件的主要原因之一是蓄電池組故障引起直流22 0V系統母線電壓低，同時也導致了機組UPS系統失電。因為直流220 V系統充電裝置的交流電源〔4〕和機組UPS系統的主旁路交流輸入電源均是分別接自4號機組的汽機保安段母線和鍋爐保安段母線，所以只要任一保安段電源有電，直流220 V系統和機組UPS系統就可以正常工作。由機組380 V保安PC系統 (圖3)可看出，4號機組的汽機保安段母線有來自汽機PC A段、汽機PC B段和柴油發電機三路電源，4號機組的鍋爐保安段母線也有來自鍋爐PC A段、鍋爐PC B段和柴油發電機三路電源。而汽機PC A段和鍋爐PC A段的上一級電源均來自6 kV 4A1段母線，汽機PC B段和鍋爐PC B段的上一級電源均來自6 kV 4B1段母線。由此可知，當機組廠用電源切換操作開始后，依次拉開了4號機組6 kV 4A1段和6 kV 4A2段母線的備用電源進線開關后，只是導致4號機組的汽機保安段母線和鍋爐保安段母線均失去了一路電源，各自都還有兩路電源，所以此操作未引發異常。但是再拉開6 kV 4B1段母線備用電源進線開關時，就導致4號機組的汽機保安段母線和鍋爐保安段母線均失去了兩路工作電源，在此情況下柴油發電機正常會聯鎖啟動給保安電源供電，但實際情況卻是柴油發電機啟動后又因本體溫度過低發生跳閘，這樣使得兩段保安電源全部失電，最終導致了一系列異常事件的發生。

圖3 機組380 V保安PC段系統

4 結論和建議

1)直流系統、蓄電池組和柴油發電機等是發電廠的事故緊急后備電源和核心設備，當機組廠用電源失去后，具有確保發電機組安全停運、正常通訊、保護及自動裝置正常工作等重要作用。機組運行期間若發生故障將會給機組的安全帶來嚴重威脅，相關專業平時要做好運行和維護工作，確保其時刻處于良好狀態。

2)運行部門要做好對運行人員的技能培訓工作，使運行人員熟練掌握直流系統、蓄電池組、UPS系統及柴油發電機等系統設備的巡檢標準、操作方法及事故處理技能，并持續提高員工對機組廠用電失電事故的應急處理能力。

3)電氣維護專業應重視和加強對直流系統、蓄電池組、UPS系統及柴油發電機等重要系統設備的定期保養和維護工作，在點檢標準、日常維護、定期工作及檢修項目確定等諸多環節上，嚴格按照檢修規程、行業標準〔5〕及設備廠家技術手冊中的維護保養要求執行。

4)在進行機組廠用電切換、機組啟停等重大操作前，應組織進行機組各直流油泵及柴油發電機的試啟動工作，已檢驗直流系統和柴油發電機是否處于良好備用狀態，確保電廠廠用電突然失去后汽輪發電機組可以安全順利的停運。同時應制定完善的技術措施和操作票提前下發給運行人員學習，在操作前還應對運行人員進行相關技術和風險交底工作，使運行人員熟練掌握操作流程、風險及異常處理方法。

5)發電機氫氣系統運行時，若發生密封油交直流油泵均失電停運，發電機組應立即停機并進行緊急排氫操作，以防氫氣泄漏引發火災或爆炸事故，同時就地操作人員還應做好個人防護，以免出現人身傷害事故，

6)對于新建電廠建議應合理設計直流系統蓄電池組的容量，確保機組投產后蓄電池組容量可以滿足機組運行要求〔6〕，采購蓄電池時要選取質量和口碑好的廠家，確保蓄電池組可以長期安全使用。

〔1〕國家能源局電力安全監管司，中國電機工程學會.《防止電力生產事故的二十五項重點要求》輔導教材 (2014年版)〔M〕.北京:中國電力出版社，2014.

〔2〕顏斯光.發電廠蓄電池組提前失效的原因分析與處理改進〔J〕.山東工業技術，2014(14):132.

〔3〕康明斯公司.康明斯電力系統Power Command?PCCⅡ智慧型數碼式控制發電機組操作手冊 〔Z〕.2004.

〔4〕白忠敏，於崇干，劉百震.電力工程直流系統設計手冊 〔M〕.北京:中國電力出版社，1999.

〔5〕中華人民共和國國家經濟貿易委員會.電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程:DL/T724—2000〔S〕.北京:中國電力出版社，2004.

〔6〕中華人民共和國國家發展和改革委員會.電力工程直流系統設計技術規程:DL/T 5044—2004〔S〕.北京:中國電力出版社，2004.

Analysis and Treatment of Abnormity Caused by Battery Pack Fault in Power Plant

ZHANG Fan， YAN Hong， WANG Wei
(Shenhua Guohua Yongzhou Power Generation Co.， Ltd， Yongzhou 425000， China)

A DC 220 V battery pack broke down during the switching of the power supply in a power plant，meanwhile the interlock start of diesel generator was not successful.It resulted in a series of abnormal events such as abnormal DC system，UPSsystem power failure， DCSsystem power failure， tripping occurred after the successful start of each DClube oil pump and so on.This paper analyzes the influence of the failure of the DC 220 V battery pack and the failure of the diesel generator to other systems and equipment，and puts forward corresponding treatments and suggestions.

DC system；storage battery；diesel generator；UPSsystem；auxiliary power

TM621.7

B

1008-0198(2017)05-0047-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.012

2017-08-22

張帆(1983)，男，漢族，河南商丘人，工程師，工學學士，從事火力發電廠生產運行工作。