700MW火力發(fā)電廠孤網(wǎng)運(yùn)行的事故處理及分析岑文興

1機(jī)組概況

珠海電廠有兩臺(tái)700MW燃煤發(fā)電機(jī)組,珠海電廠1號(hào)主變、2號(hào)啟備變接入220kv1段母線,珠海電廠2號(hào)主變、1號(hào)啟備變接入220kvⅡ段母線,兩條220kv母線經(jīng)母聯(lián)開關(guān)連接,有八回220kv出線,如圖1所示,除海黃乙線計(jì)劃檢修中外,海港甲乙線、海八甲乙線、海臨甲乙線、海黃甲線七條處于正常運(yùn)行方式。

圖1珠海電廠八回220kV出線

2事件概況

2017年8月23日,臺(tái)風(fēng)"天鴿"(強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)）在廣東省珠海市南部登陸,登陸時(shí)其中心最大風(fēng)力達(dá)14級(jí),中心位置最低氣壓是95kPa,是2017年登陸我國的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng),登陸時(shí)對(duì)珠海發(fā)電廠造成了極大的破壞,導(dǎo)致一臺(tái)機(jī)組跳閘,另一臺(tái)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間孤網(wǎng)運(yùn)行。

09:26,受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響,珠海電廠220kv海港甲線跳閘,重合閘不成功。然后,海港乙線、海八甲線、海八乙線相繼保護(hù)動(dòng)作跳閘,線路均無法恢復(fù)送電。全廠220kv八條出線僅剩三條一海黃甲線及海臨甲乙線運(yùn)行。

11:00,按照中調(diào)要求,1、2號(hào)機(jī)組負(fù)荷減至200MW并保持。

11:53,黃茅海變電站線路故障,突然跟電網(wǎng)主網(wǎng)解網(wǎng)運(yùn)行,兩臺(tái)機(jī)組黃茅海變電站和珠海港臨港變電站所有負(fù)荷孤網(wǎng)運(yùn)行,1、2號(hào)機(jī)組負(fù)荷及系統(tǒng)頻率大幅劇烈波動(dòng),1號(hào)機(jī)因系統(tǒng)解網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷大幅度降低,引起汽機(jī)高壓調(diào)門閥全關(guān),鍋爐再熱器保護(hù)動(dòng)作鍋爐MFT,2s后汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉,汽機(jī)無流量跳閘,發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作跳主變出口開關(guān)2201,1號(hào)機(jī)組停運(yùn)。1號(hào)機(jī)組跳閘后2號(hào)機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行,機(jī)組頻率逐步升高,由于2號(hào)汽機(jī)在電網(wǎng)解網(wǎng)過程中Fv頻繁動(dòng)作,中壓調(diào)門頻繁動(dòng)作,中壓調(diào)門ICv-3控制卡件出現(xiàn)異常,造成汽機(jī)主控?zé)o法操作控制,同時(shí)2號(hào)汽機(jī)調(diào)門固定在23%左右開度無法控制。此時(shí),2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)頻率逐步升高至最高53.1Hz(跳閘值53.5Hz）,在汽機(jī)調(diào)門無法控制的情況下,快速打閘磨煤機(jī)至剩下一臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,并投入所有油槍運(yùn)行穩(wěn)定鍋爐燃燒,通過手動(dòng)控制鍋爐煤量、燃油量來調(diào)節(jié)機(jī)組出力,控制機(jī)組頻率。最終在機(jī)組BT手動(dòng)控制方式下,機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在160MW,周波穩(wěn)定在(50±0.2）Hz,機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行8h后才與電網(wǎng)主網(wǎng)恢復(fù)聯(lián)網(wǎng)供電。

如圖2所示,事故期間汽機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)到3209r/min。

3事件分析

電廠正常運(yùn)行時(shí)是接入主電網(wǎng)運(yùn)行的,由于主電網(wǎng)容量很大,其自我平衡能力較強(qiáng),而且功率、負(fù)荷擾動(dòng)量的相對(duì)值比較小,電網(wǎng)頻率能夠保持穩(wěn)定,所以機(jī)組或負(fù)載的功率變化對(duì)電網(wǎng)供電頻率的影響很小,機(jī)組功率僅由機(jī)組本身蒸汽參數(shù)、閥門開度決定,而與負(fù)載無關(guān)。但在發(fā)電機(jī)組單機(jī)帶孤網(wǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)中,發(fā)電機(jī)的出力必須隨時(shí)跟隨負(fù)載功率的變化而變化,才能維持供電頻率穩(wěn)定,當(dāng)功率和負(fù)荷擾動(dòng)時(shí),會(huì)引起孤網(wǎng)頻率變化,所以孤網(wǎng)狀態(tài)下最重要的是控制機(jī)組出力與電網(wǎng)負(fù)荷匹配,稍微不匹配,反映到機(jī)組頻率上就是快速上升或下降。當(dāng)時(shí)是兩臺(tái)機(jī)組各帶200MW負(fù)荷,與電網(wǎng)主網(wǎng)解網(wǎng)后,孤網(wǎng)總負(fù)荷大概160MW,w號(hào)機(jī)組因高壓調(diào)門閥全關(guān),高旁閥故障未開,再熱器保護(hù)動(dòng)作跳閘,甩開200MW負(fù)荷,當(dāng)時(shí)2號(hào)機(jī)組負(fù)荷200MW,與孤網(wǎng)負(fù)荷150MW偏差不算太大,2號(hào)機(jī)組頻率沒有突升至跳閘值,所以2號(hào)機(jī)組操作人員有時(shí)間及時(shí)處理,降低燃料量,使發(fā)電機(jī)頻率平穩(wěn)降下來,如果w號(hào)機(jī)組跳閘動(dòng)作慢,2號(hào)機(jī)組的頻率會(huì)波動(dòng)更大,負(fù)荷控制會(huì)更難操作。另外,值得思考的是,如果孤網(wǎng)負(fù)荷大于200MW,這時(shí)就需要快速增加燃料量,避免頻率下降過快,否則低頻同樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

珠海電廠機(jī)組負(fù)荷控制有四種運(yùn)行方式:鍋爐跟隨汽機(jī)控制方式、汽機(jī)跟隨鍋爐控制方式、機(jī)/爐協(xié)調(diào)控制方式、鍋爐/汽機(jī)手動(dòng)控制模式。正常運(yùn)行都是保持在機(jī)/爐協(xié)調(diào)控制方式,2號(hào)機(jī)組原本是機(jī)/爐協(xié)調(diào)控制方式,在w號(hào)機(jī)組跳閘后,因負(fù)荷波動(dòng)導(dǎo)致調(diào)門動(dòng)作頻繁,2號(hào)機(jī)中壓5號(hào)調(diào)門故障,導(dǎo)致當(dāng)時(shí)整個(gè)DEH控制站所有調(diào)門全跳手動(dòng)無法操作,負(fù)荷控制方式汽機(jī)主控跳至手動(dòng),鍋爐主控仍然在自動(dòng)方式,負(fù)荷控制是在鍋爐跟隨汽機(jī)負(fù)荷控制方式,按照負(fù)荷一主汽壓力曲線,560MW負(fù)荷以下主汽壓力都是維持在11.2MPa運(yùn)行,但2號(hào)機(jī)組頻率快速上升,這說明鍋爐出力過大,需要緊急減少鍋爐燃料量,當(dāng)時(shí)立即手跳兩臺(tái)磨煤機(jī)剩至一臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,此時(shí)機(jī)組負(fù)荷控制方式切至鍋爐/汽機(jī)手動(dòng)模式,在該模式下,負(fù)荷控制系統(tǒng)相當(dāng)于被切除。汽機(jī)、鍋爐的子控制系統(tǒng)各自維持本身運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定而不再參與機(jī)組輸出功率和主汽壓力的自動(dòng)控制任務(wù)。投入一層油槍穩(wěn)定負(fù)荷,機(jī)組頻率上升最高達(dá)到53.1Hz隨后下降,機(jī)組轉(zhuǎn)速最高去到3209r/min后下降（由于取樣精度原因,最高頻率與最高轉(zhuǎn)速并不符合公式n=60f/p）,繼續(xù)投入剩余兩層油槍并加大磨煤機(jī)出力,使機(jī)組頻率跌至49.5Hz后緩慢回升,主汽壓力上升并穩(wěn)定在8.4MPa,負(fù)荷穩(wěn)定在160MW,機(jī)組頻率也保持在（60±0.2）Hz。如果按照按照負(fù)荷一主汽壓力曲線,主汽壓力維持在11.2MPa而不去手動(dòng)干預(yù),必定導(dǎo)致機(jī)組頻率越限,當(dāng)機(jī)組頻率超過65.6Hz,發(fā)電機(jī)會(huì)延時(shí)0.8s解列,導(dǎo)致所在港區(qū)單位和企業(yè)供電中斷,并且電廠要進(jìn)行黑啟動(dòng)。

事后回想,當(dāng)時(shí)頻率上升快的時(shí)候,可以通過手動(dòng)開大高旁閥門開度,啟動(dòng)大功率輔機(jī)這樣的方式來降低機(jī)組出力,如果汽輪機(jī)調(diào)門不出故障,可以在機(jī)/爐協(xié)調(diào)控制方式下快速減少負(fù)荷,機(jī)/爐協(xié)調(diào)控制會(huì)更穩(wěn)定,如果想調(diào)節(jié)速度達(dá)到最快,可以把鍋爐主控切至手動(dòng)模式,直接更改鍋爐負(fù)荷,或者直接在DEH控制高壓調(diào)門開度,只是運(yùn)行人員沒有這樣操作高壓調(diào)門的經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣,怕控制不好造成更大的頻率波動(dòng)。這次汽輪機(jī)調(diào)門全部切手動(dòng)而且不可操作的情況,在1min多的時(shí)間內(nèi)調(diào)整燃料量,使機(jī)組出力與負(fù)荷匹配,保證機(jī)組頻率穩(wěn)定,都是沒有先例可以參考的,當(dāng)時(shí)能調(diào)整好機(jī)組頻率,既有操作迅速準(zhǔn)確的原因,也有一定程度上運(yùn)氣的成分。

事故期間,w號(hào)機(jī)組跳閘前,兩臺(tái)機(jī)組的汽輪機(jī)FV保護(hù)都有動(dòng)作,中壓調(diào)門短時(shí)全關(guān),對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速的控制是相當(dāng)成功的。珠海電廠汽輪機(jī)FV保護(hù)是通過檢測(cè)中壓調(diào)門出口壓力信號(hào)與發(fā)電機(jī)電流信號(hào)做對(duì)比得出汽輪機(jī)輸入和發(fā)電機(jī)輸出的不平衡功率,若該不平衡功率大于額定負(fù)荷40%,FV會(huì)動(dòng)作,通過DEH的危急遮斷油路的泄油電磁閥,中壓調(diào)門快速關(guān)閉,在0.5s后復(fù)位重新開啟。

另外,珠海電廠DEH還有oPC功能,在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到w07%額定轉(zhuǎn)速時(shí),快關(guān)所有高中壓調(diào)門,當(dāng)轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常時(shí)再開啟調(diào)門,防止汽輪機(jī)超速。事故期間2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)最高轉(zhuǎn)速5209r/min,未達(dá)到107%額定轉(zhuǎn)速,因此當(dāng)時(shí)oPC保護(hù)未動(dòng)作,可見盡管負(fù)荷波動(dòng)很厲害,FV動(dòng)作減小汽輪機(jī)出力成功達(dá)到了防止汽機(jī)超速的目標(biāo)。珠海電廠之前也做過不同負(fù)荷情況下的甩負(fù)荷試驗(yàn),oPC能成功控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速,其調(diào)節(jié)特性是相當(dāng)好的,如果孤網(wǎng)情況下發(fā)生oPC動(dòng)作,雖然是高中壓調(diào)門都同時(shí)關(guān)閉,擾動(dòng)較大,但應(yīng)該也能控制好機(jī)組轉(zhuǎn)速。

作為機(jī)組操作員,機(jī)組孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):（1）最重要的監(jiān)視參數(shù)是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)頻率,如果有變化要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,改變鍋爐負(fù)荷或調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)門開度,負(fù)荷和調(diào)度溝通最好保持穩(wěn)定,起碼不要發(fā)生大的變化,或者是大的負(fù)荷變化同時(shí)進(jìn)行鍋爐負(fù)荷或汽輪機(jī)調(diào)門開度的調(diào)整,可以確保孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的頻率穩(wěn)定:（2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大,直接導(dǎo)致汽輪機(jī)震動(dòng)、軸承溫度等參數(shù)異常,需要關(guān)注汽輪機(jī)TS1各項(xiàng)參數(shù),同時(shí)相應(yīng)鍋爐汽壓和汽包水位也會(huì)有所波動(dòng),必須密切關(guān)注。

4結(jié)語

沿海電廠在臺(tái)風(fēng)季節(jié)都會(huì)經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)的威脅,珠海電廠抗臺(tái)中孤網(wǎng)運(yùn)行是成功的,保障了所在港區(qū)化工工業(yè)園、石化、能源裝備制造工廠、鐵路等重要負(fù)荷用電,最大限度避免了可能因供電中斷所導(dǎo)致的重大安全生產(chǎn)事故,同時(shí)也為下次遇到同樣情況時(shí)保證機(jī)組孤網(wǎng)安全運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。