某水電廠開(kāi)機(jī)并網(wǎng)同期失敗原因分析

湖南五凌電力科技有限公司 姜 運(yùn)

在電力系統(tǒng)中經(jīng)常進(jìn)行發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)、變電站母線和線路間的并列操作，叫同期并網(wǎng)操作[1]。微機(jī)準(zhǔn)同期裝置是實(shí)現(xiàn)快速安全實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作的一種自動(dòng)化設(shè)置，它的主要功能是，在符合并網(wǎng)條件時(shí)迅速動(dòng)作并準(zhǔn)確無(wú)誤完成并網(wǎng)操作，并盡可能的減小對(duì)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的沖擊[2-4]。微機(jī)準(zhǔn)同期裝置的并網(wǎng)方式包括自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)和手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)兩種方式，自動(dòng)準(zhǔn)同期方式使用較為廣泛，且不會(huì)受人為判斷的影響，可給發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)帶來(lái)較小危害[5-6]。微機(jī)準(zhǔn)同期裝置采集系統(tǒng)側(cè)電壓及待并側(cè)電壓，通過(guò)對(duì)比兩個(gè)電壓的幅值、相位、頻率判斷并網(wǎng)條件，并網(wǎng)的理想條件是：合閘時(shí)刻，電壓幅值有效值差為0，相位差為0，頻率差為0，此時(shí)沒(méi)有沖擊電流產(chǎn)生。而在實(shí)際的并網(wǎng)操作過(guò)程中，理想的條件難以滿足，所以允許電壓幅值差、相位差、頻率差有一定的偏差[7-8]。發(fā)電廠的同期并網(wǎng)電氣回路設(shè)計(jì)，除了自動(dòng)同期裝置檢測(cè)并網(wǎng)條件外，一般還設(shè)置合閘繼電器檢查并網(wǎng)條件，當(dāng)兩者檢查均滿足條件后，才能使得合閘令出口，操作斷路器合閘，若其中有一個(gè)檢查未滿足條件或者裝置/繼電器本身發(fā)生故障，則可能導(dǎo)致同期合閘失敗。

某水電廠機(jī)組采用微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置SID-2AF 進(jìn)行同期并網(wǎng)操作。自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置運(yùn)行的邏輯為：當(dāng)水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的90%，勵(lì)磁系統(tǒng)已投入且機(jī)端電壓大于額定電壓95%時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)給自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置上電，同期裝置根據(jù)當(dāng)前的幅值差、相位差、頻率差，下達(dá)相應(yīng)的指令給勵(lì)磁、調(diào)速系統(tǒng)，使得機(jī)組調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速（頻率）及機(jī)端電壓，使同期并網(wǎng)條件得到滿足，發(fā)出合閘令，同期檢查繼電器同期滿足條件時(shí)，斷路器合閘線圈得電，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的合閘。

1 事件經(jīng)過(guò)

某水電廠在9月20日和9月24日分別出現(xiàn)同期并網(wǎng)失敗情況。9月20日上午7點(diǎn)同期裝置啟動(dòng)同期并網(wǎng)兩次，第一次并網(wǎng)失敗，第二次并網(wǎng)成功。9月24日上午8點(diǎn)同期裝置啟動(dòng)同期并網(wǎng)兩次，均以失敗告終。監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元（LCU）對(duì)20日及24日的開(kāi)機(jī)過(guò)程記錄如下：

（1）9月20日同期失敗監(jiān)控系統(tǒng)記錄

07:18:56水輪機(jī)轉(zhuǎn)速＞90%；

07:18:59勵(lì)磁系統(tǒng)投入；

07:18:59水輪機(jī)轉(zhuǎn)速＞95%；

07:19:23同期裝置就緒（動(dòng)作）；

07:19:30同期裝置就緒（復(fù)歸）；

07:19:30同期閉鎖（動(dòng)作）；

07:21:22限時(shí)投發(fā)電機(jī)出口斷路器同期失敗（動(dòng)作）；

07:21:22同期閉鎖（復(fù)歸）；

07:21:22限時(shí)投發(fā)電機(jī)出口斷路器同期失敗（復(fù)歸）；

07:21:58空載到發(fā)電令過(guò)程（動(dòng)作）；

07:22:20同期屏回路失電（動(dòng)作）；

07:22:20同期屏回路失電（復(fù)歸）；

07:22:22同期裝置就緒（動(dòng)作）；

07:22:54同期合閘（動(dòng)作）；

07:22:54發(fā)電機(jī)斷路器805合位置（動(dòng)作）；

07:22:54同期裝置就緒（復(fù)歸）；

07:22:54同期合閘（復(fù)歸）。

（2）9月24日同期失敗監(jiān)控系統(tǒng)記錄

08:49:16水輪機(jī)轉(zhuǎn)速＞90%；

08:49:18勵(lì)磁系統(tǒng)投入；

08:49:20水輪機(jī)轉(zhuǎn)速＞95%；

08:49:21空載狀態(tài)；

08:49:43同期裝置就緒（動(dòng)作）；

08:50:13同期合閘（動(dòng)作）；

08:50:13同期裝置就緒（復(fù)歸）；

08:50:13同期合閘（復(fù)歸）；

08:50:13同期閉鎖（動(dòng)作）；

08:51:42限時(shí)投發(fā)電機(jī)出口斷路器同期失敗（動(dòng)作）；

08:51:42同期閉鎖（復(fù)歸）；

08:51:47限時(shí)投發(fā)電機(jī)出口斷路器同期失敗（復(fù)歸）；

08:53:09空載到發(fā)電令過(guò)程（動(dòng)作）；

08:53:33同期裝置就緒（動(dòng)作）；

08:53:49同期裝置就緒（復(fù)歸）；

08:53:49同期閉鎖（動(dòng)作）；

此后同第一次并網(wǎng)失敗流程。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

由于同期裝置本身無(wú)告警及同期錄波記錄功能，故無(wú)法從設(shè)備本身獲取有效信息。設(shè)備間裝設(shè)有攝像頭，在9月20日出現(xiàn)同期并網(wǎng)失敗后，將此攝像頭對(duì)準(zhǔn)同期裝置拍攝，通過(guò)查看攝像頭視頻回放獲取了9月24日上午同期并網(wǎng)過(guò)程中同期裝置及繼電器的工作情況，同期失敗的流程為：微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置上電正常，并列點(diǎn)選擇繼電器動(dòng)作正常，同期發(fā)加速令后，調(diào)整合閘角度至0度，微機(jī)同期裝置合閘指示燈亮，發(fā)出合閘令，合閘繼電器（HJ）動(dòng)作，同期檢查繼電器（TJJ）未動(dòng)作，此后微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置一直運(yùn)行，約2分鐘后自動(dòng)斷電停止運(yùn)行。

上述運(yùn)行流程與監(jiān)控系統(tǒng)告警動(dòng)作流程一致，通過(guò)分析比對(duì)，可初步判斷：微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置判斷同期條件已達(dá)到，且已發(fā)合閘令，但由于TJJ同期檢查繼電器未正確動(dòng)作，導(dǎo)致同期裝置自動(dòng)并網(wǎng)失敗。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)丟失，監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)在第二次同期過(guò)中程丟失“同期合閘（動(dòng)作）”信號(hào)，檢查9月25合閘過(guò)程告警信號(hào)，也有類似問(wèn)題。

3 原因分析

同期裝置合閘繼電器回路示意圖如圖1所示，同期合閘回路如圖2所示。當(dāng)微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置（SID-2AF）檢測(cè)到待并電壓與系統(tǒng)電壓符合同期要求，開(kāi)出板件JK4的角度閉鎖接點(diǎn)9、11（小于20°時(shí)閉合）和同期條件閉鎖接點(diǎn)18、20（符合同期條件則閉合），兩組接點(diǎn)閉合，合閘繼電器（HJ）得電動(dòng)作。同期裝置合閘回路（圖2）中串聯(lián)了合閘繼電器（HJ）的常開(kāi)接點(diǎn)1、9和2、10及同期檢查繼電器（TJJ）的常開(kāi)接點(diǎn)1、3，只有當(dāng)合閘繼電器（HJ）和同期檢查繼電器（TJJ）都動(dòng)作，才能使合閘回路接通，合閘線圈得電，線圈驅(qū)動(dòng)斷路器合閘。只要合閘繼電器（HJ）和同期檢查繼電器（TJJ）中的某一個(gè)繼電器未動(dòng)作，均會(huì)導(dǎo)致合閘線圈不能得電，斷路器將不會(huì)合閘。

圖1 同期裝置合閘繼電器回路示意圖

圖2 同期裝置合閘回路圖

9月24日的兩次自動(dòng)同期并網(wǎng)過(guò)程，微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置均發(fā)了合閘令，合閘繼電器（HJ）均動(dòng)作亮紅燈，但同期檢查繼電器（TJJ）未動(dòng)作。用萬(wàn)用表測(cè)量，發(fā)現(xiàn)同期檢查繼電器（TJJ）的系統(tǒng)側(cè)電壓采集通道損壞，電阻值為無(wú)窮大（正常電阻約為0.9kΩ）。用繼電保護(hù)測(cè)試儀檢測(cè)該繼電器，模擬開(kāi)機(jī)并網(wǎng)過(guò)程，在系統(tǒng)側(cè)通道和待并側(cè)通道加同一電壓10s，共進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)試，繼電器6次正確動(dòng)作，4次未正確動(dòng)作。因此可推測(cè)：9月20日及9月24日并網(wǎng)失敗，是由于繼電器接觸不良導(dǎo)致合閘瞬間同期繼電器TJJ 未正確動(dòng)作導(dǎo)致。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)“同期合閘（動(dòng)作）”告警信號(hào)丟失的原因分析。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)文，9月24日的第二次并網(wǎng)失敗、9月25日的并網(wǎng)成功，監(jiān)控系統(tǒng)均未報(bào)“同期合閘（動(dòng)作）”信號(hào)。由信號(hào)輸出回路去監(jiān)控系統(tǒng)的“同期合閘（動(dòng)作）”回路串聯(lián)了由合閘繼電器（HJ）的3、13常開(kāi)觸點(diǎn)，微機(jī)同期裝置的合閘時(shí)間整定值為200ms，即合閘繼電器（HJ）的得電時(shí)間為200ms，用繼電保護(hù)測(cè)試儀，測(cè)量合閘繼電器（HJ）的3、13常開(kāi)觸點(diǎn)的實(shí)際閉合時(shí)間為177ms。此接點(diǎn)信號(hào)由監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)掃查，每秒掃查1次，因此HJ 繼電器動(dòng)作極有可能在兩次掃查的間隔中，其信號(hào)完全有可能不被監(jiān)控系統(tǒng)捕獲，即監(jiān)控系統(tǒng)并未掃查到此信號(hào)，最終結(jié)果表現(xiàn)為：監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有該告警信號(hào)。

綜上，同期繼電器特性改變是導(dǎo)致同期失敗的直接原因。將換下的同期繼電器已返廠進(jìn)行檢測(cè)，廠家給出檢測(cè)報(bào)告顯示，由于繼電器中的小變壓器有生銹的情況，導(dǎo)致電壓采集回路接觸不良，間歇性出現(xiàn)二次側(cè)無(wú)電壓輸出的情況。并由此導(dǎo)致同期檢查繼電器TJJ 未能動(dòng)作，圖1中的合閘回路中TJJ的1、3觸點(diǎn)未閉合，斷路器合閘線圈未得電，最終導(dǎo)致同期失敗。分析其間接原因，繼電器備品存放時(shí)間將近3年，因?yàn)殚L(zhǎng)期未上電，導(dǎo)致元器件的銹蝕，影響正常使用。建議對(duì)設(shè)備備品定期進(jìn)行檢查，以保證更換時(shí)其功能正常。備品的儲(chǔ)存年限盡量不要超過(guò)3年。

監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)掃查量的掃查間隔過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致告警信號(hào)未報(bào)出，擬將“同期合閘（動(dòng)作）”信號(hào)接至下位機(jī)的中斷量（掃查周期為1ms），解決此問(wèn)題。

已將同期檢查繼電器（TJJ）更換為同一年生產(chǎn)的已校驗(yàn)合格同型號(hào)繼電器。

同期裝置無(wú)告警記錄及錄波功能，當(dāng)同期失敗時(shí)，其故障查找及原因分析缺少直觀有力的分析依據(jù)，給事故處理帶來(lái)難題，今后改造應(yīng)選用配備錄波功能的微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置。