一起線路事故跳閘導致的水電站機組停運事件分析

大唐甘肅發電有限公司碧口水力發電廠 袁建軍

某日，電站A 1號機失磁保護動作事故停機，2號機過電壓保護動作事故停機；造成電站B 3臺機組甩負荷后運行于“頻率模式”。經調查分析，事故原因為220kV 線路A A 相事故跳閘，而220kV 線路A 保護裝置未啟動，造成電站A、電站B 安全自動裝置未收到保護切機信號，導致電站A 1號機、電站B 2號機保護切機未動作，最終導致地區孤網運行。

本文針對線路事故跳閘造成的地區孤網運行事件，分析地區水電機組保護、線路保護、機組勵磁系統、安全自動裝置的動作情況，對事故原因進行詳細分析，判斷機組保護、線路保護、機組勵磁系統及安全自動裝置動作的正確性。

1 事故前系統運行方式

電站A 運行方式為：1F（80MW）、2F（80MW）、4B、運行于220kV 線路1（有功167MW、電壓233kV、電流498A、頻率50.04Hz）；3F（80MW）運行于220kV 線路2（有功80MW、電壓232kV、電流258A、頻率50.05Hz），母聯開關冷備用，1XF（5MW）、2XF（5MW）、4XF（1.5MW） 運行于35kV 母線，3XF（檢修），54B 帶6kV，63B 帶0段、I 段、III 段，92B 帶II 段。遠切壓板投1號機。

電站B 運行方式為：110kV 母線、110kV 線路1、110kV 線路2運行，1B、2B、3B 運行，1F、2F、3F 運行，總出力75MW；遠切壓板投2號機；f=50.07Hz，110kV 母線電壓116kV；廠用11B 帶400VI 段，13B 帶400VIII 段，10B 停運。地區系統圖如圖1所示。

圖1 地區系統圖

2 事件發生詳細過程及處置情況

2.1 事故發生時的現象

06時47分55秒，電站A 220kV 線路1頻率上升至57Hz、電壓246kV，1號機有功負荷由80MW降為零、無功由3MVar 降至-30MVar，轉速上升、機端電壓下降，10秒左右后轉速、電壓恢復正常；2號有功負荷由80MW降 至22MW、無功由1MVar 升至13.5MVar，機端電壓下降、轉速上升，10秒左右后恢復正常。電站B 3臺機組總出力由75MW 降至-17.1MW 運行（導葉開度均為0），無功值在10～20MVar 擺動。兩站機組調速器均自動切至“頻率模式”運行。110kV 母線電壓在107～120.6kV 之間擺動，頻率顯示在50～52Hz波動。220kV1母電壓224kV，220kV 線路1電壓227kV，有功19MW，無功-30MVar。

06時48分，1號小機過速140%動作，601開關跳閘，蝶閥全關，1號小機事故停機；2號小機過速140%動作，602開關跳閘，蝶閥全關，2號小機事故停機；4號小機過速115%動作，502開關跳閘，蝶閥全關，4號小機事故停機。

06時53分43.00秒，電站A 1號機組失磁保護動作，901開關跳閘，1號機FMK 跳閘，1號機事故停機，1號機過速限制器動作，動作前無功功率為-73MVar，動作前有功功率為-21.4MW；06時53分42.87秒，電站A 2號機組過電壓保護動作，2202開關跳閘，902開關跳閘，2號機FMK 跳閘，2號機事故停機（轉速最高至189轉/分鐘），2號機過速限制器動作，動作前無功功率為83MVar，動作前有功功率為29.9MW。220kV 線路1電壓、頻率顯示為零。電站A UFV-2F 安全自動裝置輸出2（過頻）紅燈亮，動作指示燈、PT 斷線紅燈亮，220kV線路1UFX-902高頻收發信機啟動，RCS-923 A、B、C 三相過流動作指示燈亮，CSC-103 TV 斷線告警，事故照明啟動。

從監控調取的事件摘要如下：06時53分43.00秒，1號機組A 套保護失磁保護一段啟動；06時53分43.00秒，1號機組A 套保護失磁保護二段啟動；06時53分43.00秒，1號機組出口開關跳閘；06時53分43.00秒，1號機組滅磁開關跳閘；06時53分42.87秒，2號機組過電壓保護啟動；06時53分43.87秒，2號機組出口開關跳閘。

2.2 事故處置經過

事故發生后，電站A 運行人員在系統孤網運行狀態下，未及時采取有效措施控制1、2機組搶有功、搶無功的異常情況。當1、2號機組事故停機發生時，電站A 運行人員立即對1、2號機的停機過程進行監視，立即倒廠用為93B 帶全站。

電站B 與電站A 運行人互相通報事故信息后，電站B 運行人員立即按現場規程及調令斷開該站1、2號機出口開關、3B 高壓則開關，倒廠用至13B 帶全廠。同時安排運行人員對機組保護、勵磁、線路保護動作情況、開關變位情況等進行檢查和數據記錄。

事故處理告一段落后，立即向調度匯報事故前期處置情況及現象，并向調度詢問得知220kV 線路A 的A 相事故跳閘、重合閘失敗。

3 事故原因分析

電站A 機組失磁保護值單：靜穩動作阻抗Z1A 3.45Ω、靜穩動作阻抗Z1B -10.38Ω、異步動作阻抗Z2A-2.466Ω、異步動作阻抗Z2B -12.15Ω、機端低電壓85V、系統低電壓90V、勵磁低電壓103V、凸極功率81.22W、ULP 斜率0.24、延時t1 1.5s、延時t2 0.1s、延時t3 0.1s；電站A 機組過電壓保護值單：過電壓投退1、動作電壓130V、延時時間0.3s。

事故發生后，檢修及維護人員、二次專工及時查看保護動作信息和運行人員記錄的現象及數據，對此次事故過程進行了詳細分析。

220kV 線路A 發生事故跳閘前，電站A、電站B 各保護及安全自動裝置裝置運行正常，安全自動裝置通訊通道均正常，兩站機組切機連片均按規程規定投入。220kV 線路A 發生A 相事故跳閘時，220kV 變電站220kV 線路A 保護裝置只發信號、保護未啟動，造成電站A、電站B 安全自動裝置未收到220kV 變電站的保護切機信號，從而導致電站A 和電站B 的保護切機均未動作。

根據省電力調度中心下發的地區電磁環網運行方式規定：主網電磁環網運行時，電站A 安全穩定裝置的過頻切機功能在三臺機組運行時投入過頻切機壓板。而事故發生前1、2號機組送220kV 線路A 運行，3號機送220kV 線路B 運行，電站A 的機組不具備投入過頻切機出口壓板的條件。因此，220kV 線路A 事故跳閘時，電站A 的安全自動裝置只有過頻動作告警，過頻切機不會動作切機。

220kV 線路A 事故跳閘時，電站A 的2臺運行的大機組和電站B 的3臺運行機組突然甩負荷，電站A 的3臺小機過速停機。當機組甩負荷后，由于機組轉速的迅速上升，調速器應迅速關閉導葉[2]，經短時間自動調整后再自動開導葉至空載，而電站B 的3臺機組發生甩負荷后導葉未能自動打開，造成機組導葉全關、機組出口開關在合的電動機運行狀態（調相），該運行狀態下機組必然從電網吸收有功維持機組的異步運行，此時機組的振動和損耗都將突增。

現場運行規程規定，非調相機機組禁止調相運行，此時運行人員立即采取措施使機組脫離電動機運行狀態。在孤網系統發生劇烈時，電站A 運行人員未對調速器運行模式進行控制，致使兩臺運行機組一直運行在頻率模式，這是導致系統持續振蕩的主要原因之一。因此，事故發生初期，電站B 運行人員按調令及時斷開三臺機組出口開關處置得當，而電站A 的運行人員處置不及時。

電站A 兩臺機組事故停機后，運行人員記錄的相關監控數據如下：2號機事故停機前有功為29.9MW，導葉開度正常，事故停機時轉速最高至189轉/分鐘；1號機事故停機前有功-21.4MW、導葉開度為0。技術人員對事故前后記錄的機組有功及轉速數據進行分析后得出如下結論：220kV 線路A 事故發生后，電站B 3臺機組和電站A 2臺機組脫離主系統、負荷劇減，導致機組頻率上升，所有機組均切換為頻率模式運行。電站B 3臺機和電站A 2臺機及地區電網部分負荷形成孤網運行。因安全自動裝置未將電站A1號機組切除，使容量很小的地區孤網內存在兩臺大容量調頻機組持續開展調頻調壓，導致孤網頻率劇烈振蕩，在2臺機組帶孤網運行45秒后，由于孤網未能維持穩定運行，最終使得機組過速限制器動作，但由于當時電站A1號機組導葉開度為0，因此對電站A1號機組的115%過速回路可能存在問題。

檢查1號機組保護動作時現場記錄的數據為：電站A1號機組失磁動作時機端電壓降至67.479V（二次側電壓），角度為358°，定子電流升高至7.266A（二次側電流），角度為108°，動作阻抗9.287Ω（定值10.38Ω），角度240°，動作阻抗在靜穩圓內第三象限。檢查保護動作前電站A 的機組有功及無功功率為：1號機有功降低至-21.4MW，無功降低至-73MVar。

據此分析1號機組失磁保護動作原因為：地區孤網運行初期，電站A 兩臺機大容量機組調頻調壓，產生明顯地頻率、電壓振蕩現象，機組間不斷地搶有功、搶無功，而運行人員未及時采取措施。1號機組在電壓振蕩過程中，1號機組電氣參數的突變導致失磁，造成1號機組穩定性破壞，當1號機組動作阻抗達到失磁保護動作定值時，失磁保護動作機組跳閘。可以初步判定1號機組勵磁系統改造后參數設置存在問題。

檢查電站A 2號機組保護動作時現場記錄的數據為：2號機事故停機前，保護裝置顯示機端側二次電壓為131V，2號機組無功從5MVar 增至83MVar；機端電壓由13.8kV 升至18.08kV，達到1.3倍的過電壓動作值。

據此分析2號機組過電壓保護動作的原因如下：由于孤網負荷輕、線路輕載，有功潮流接近于零，同時孤網中交流線路對地電容產生了一定的充電功率，若這些充電功率無法得到合理平衡，系統電壓就會被抬高，導致孤網過電壓。同時，電站A 的1號機失磁保護動作前的無功功率為-73MVar，06時48分17秒至6時53分50秒期間，1號機組勵磁調節器欠勵限制動作、復歸6次，負載最小勵磁電流限制動作1次。電站A 1、2號機的無功變化與事故初期相比，變化幅度很大，明顯出現互搶無功現象，也是導致2號機組過電壓的原因。對比2號機組保護的定值可以發現2號機組過電壓保護正確動作。1號機組欠勵限制動作復歸過6次，這也證明了1號機組勵磁調節器欠勵限制在孤網運行時未能有效參與調節。

220kV 線路A 事故跳閘、重合閘失敗導致碧口地區電網電壓、頻率波動（頻率最高上升至57Hz），受系統沖擊影響電站A 的35kV 系統電壓、頻率波動較大，導致1號小機、2號小機、4號小機機組過速保護動作，機組過流保護動作，3臺機組水機保護正確動作。由于1號小機調速器運行工況較差，導致1號小機在事故解列后，機組過速140%保護動作。

綜上，對整個事故經過進行分析發現：在電網事故解列后地區孤網運行，系統發生振蕩，電站A運行人員未能及時采取措施控制機組有功波動。當1、2號機組發生搶無功信號、機組勵磁裝置明顯異常運行時，運行人員未能及時采取手動切機措施。從電站A 運行人員處理事故的過程分析，可以反映運行人員對事故原因判斷不準確、處理不果斷、處置能力欠缺。

因此，在今后的工作中必須加強運行人員業務技能的培訓，做好事故演練總結工作，以便使運行人員遇到突發事故時能夠正確果斷地應對和處置。220kV 線路A 事故跳閘后，電站A 的1、2號機組勵磁系統出現搶無功的異常運行狀態，表明勵磁系統改造后把關不嚴、驗收不到位，需對機組勵磁系統參數進行全面檢查、優化調整和系統試驗，確保相關事故發生時勵磁系統能正常調節。電站A 沒有專用的機組故障錄波器，且機組的模擬量及開關量也未接入現有的線路故障錄波器，影響了事故的全面及時分析。