一起水電機(jī)組非同期并網(wǎng)事件的分析處理和啟示

引言

南水水電站#1發(fā)電機(jī)容量為32Mw,#2、#3發(fā)電機(jī)容量為34Mw。#1發(fā)電機(jī)為單元接線,通過10.5kVI段母線后經(jīng)1號變壓器升壓,然后接入110kV開關(guān)站設(shè)備:#2、#3發(fā)電機(jī)采用擴(kuò)大單元接線,通過10.5kVI段母線后經(jīng)2號變壓器升壓,然后接入110kV開關(guān)站設(shè)備。#1主變?nèi)萘繛?0MVA,#2主變?nèi)萘繛?0MVA。其中主變接入110kV系統(tǒng),110kV系統(tǒng)采用單母線接線。

南水水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置有自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置和手動(dòng)準(zhǔn)同期控制回路,其中手動(dòng)準(zhǔn)同期回路配置同步繼電器、相位表等,以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作機(jī)組同期并網(wǎng)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),利用自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置,判斷電壓幅值大小、頻率、相位,各判斷條件合格后,開出斷路器合閘命令,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)。機(jī)組保護(hù)裝置采用的是南瑞繼保公司RCs-985Rs/ss系列產(chǎn)品,機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用廣州擎天ExC9100系列產(chǎn)品,故障錄波器采用武漢中元ZH-3B系列產(chǎn)品。

1事件發(fā)生過程1號機(jī)組小修完成后,進(jìn)行機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電試驗(yàn)。19:32:59,進(jìn)行1F發(fā)電操作。并網(wǎng)前,自動(dòng)同期裝

置啟動(dòng)正常,根據(jù)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)機(jī)組電壓,電壓頻率、相角、幅值在準(zhǔn)同期并網(wǎng)條件范圍之內(nèi),觀察到同期合閘繼電器動(dòng)作。

19:35:18,上位機(jī)報(bào)1F出口斷路器合閘失敗,流程退出:機(jī)組在空載態(tài)。

19:38:20,進(jìn)行1F發(fā)電操作。

19:38:27,1F機(jī)組開關(guān)合閘后,失磁保護(hù)動(dòng)作,1F滅磁開關(guān)和出口開關(guān)跳閘。

機(jī)組進(jìn)入電氣事故停機(jī)后,停機(jī)成功。

2事件初步原因分析

(1)保護(hù)裝置失磁保護(hù)動(dòng)作,檢查保護(hù)裝置是否正常,勵(lì)磁回路是否正常。

(2)兩次操作機(jī)組發(fā)電間隔時(shí)間不長,需檢查發(fā)電機(jī)出口開關(guān)是否存在合閘延遲故障:機(jī)組第一次進(jìn)行發(fā)電操作,同期裝置合閘命令已經(jīng)發(fā)出,斷路器第一次合閘失敗后,須檢查斷路器操作控制回路是否存在接觸不良的情況。

(3)機(jī)組第二次進(jìn)行發(fā)電操作,發(fā)電機(jī)短時(shí)間實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)后跳閘,與實(shí)際機(jī)組運(yùn)行時(shí)同期裝置調(diào)節(jié)電壓大小、頻率、相位的時(shí)間相差較大,需檢查同期裝置PT回路是否正常,同期裝置是否存在誤發(fā)允許合閘命令的情況:同時(shí),檢查允許合閘繼電器是否存在空接點(diǎn)粘連導(dǎo)致機(jī)組快速合閘的情況。

3事件檢查處理過程

3.2繼保方面檢查處理

(1)檢查1號機(jī)保護(hù)裝置,保護(hù)裝置顯示失磁保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作,出口跳開1號機(jī)出口開關(guān)、1號機(jī)滅磁開關(guān),并報(bào)保護(hù)動(dòng)作信號。同時(shí),在保護(hù)裝置上打印該事件跳閘報(bào)告。

機(jī)組保護(hù)裝置失磁I段未投入,失磁Ⅱ段保護(hù)投入。失磁Ⅱ段為RCs-985ss后備保護(hù)裝置配置的保護(hù)功能,失磁判據(jù)為低電壓判據(jù)投入＋阻抗判據(jù)投入＋轉(zhuǎn)子電壓判據(jù),阻抗圓特性為異步圓,低電壓判據(jù)電壓為機(jī)端電壓。

失磁阻抗保護(hù)圓如圖1所示,陰影區(qū)為動(dòng)作區(qū)。

查看保護(hù)裝置跳閘報(bào)告可知:1)19:38:27.591,裝置開始錄波,機(jī)組頻率為49.6Hz:

2)19:38:27.640,機(jī)組開關(guān)合閘并網(wǎng),機(jī)組電壓急速下降至47V,機(jī)組電壓低于失磁保護(hù)Ⅱ段低電壓整定值90V,機(jī)組頻率接近49.8Hz,機(jī)組定子電流突變至額定電流的6倍,保護(hù)裝置啟動(dòng):

3)19:38:27.670,機(jī)組無功由正向轉(zhuǎn)為反向,機(jī)組開始吸收電網(wǎng)系統(tǒng)無功,逐漸進(jìn)入失步運(yùn)行,機(jī)組頻率逐漸下降至49.6Hz,定子電流逐漸下降后又升高,呈現(xiàn)周期性變化:

4)19:38:27.750,轉(zhuǎn)子低電壓開入:

5)19:38:28.695,失磁保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作,同時(shí)出口跳閘,跳開滅磁開關(guān)和機(jī)組斷路器。

檢查結(jié)果:從保護(hù)裝置動(dòng)作過程來看,失磁后,發(fā)電機(jī)定子電流下降后又升高并呈周期性變化,轉(zhuǎn)子電壓下降,機(jī)組吸收系統(tǒng)無功,符合失磁保護(hù)的動(dòng)作原理。同時(shí),根據(jù)《繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)規(guī)程》(DL/T995一2016)[1],繼保專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行1號機(jī)保護(hù)裝置功能校驗(yàn),失磁保護(hù)校驗(yàn)正常,其他保護(hù)功能均正常。

(2)故障錄波器波形圖檢查:通過南水10kV發(fā)電機(jī)發(fā)變組錄波波形可以看出,在機(jī)組并網(wǎng)時(shí),機(jī)組PT電壓超前10.5kV母線PT電壓約909。機(jī)組三相定子電流突增,機(jī)組電壓和10.5kVI段母線電壓下降,1號機(jī)勵(lì)磁變電流增大。

3.2勵(lì)磁方面檢查處理

(1)檢查勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行正常,觸摸屏上有欠勵(lì)限制動(dòng)作報(bào)警且無滅磁開關(guān)誤分動(dòng)作信號。

(2)根據(jù)《大中型水輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置運(yùn)行和檢修規(guī)程》(DL/T491一2008)進(jìn)行開環(huán)小電流試驗(yàn),得到可控硅自動(dòng)調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)記錄,如表1所示。

(3)根據(jù)《大中型水輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置運(yùn)行和檢修規(guī)程》(DL/T491一2008)進(jìn)行開環(huán)小電流試驗(yàn),得到可控硅移相特性和波形檢查記錄,如表2所示。

(4)根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T596一2021)[3]進(jìn)行滅磁開關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)及開關(guān)特性試驗(yàn)檢查,情況均正常。

(5)根據(jù)《大中型水輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置運(yùn)行和檢修規(guī)程》(DL/T491一2008)進(jìn)行勵(lì)磁及轉(zhuǎn)子回路絕緣試驗(yàn),試驗(yàn)正常:再進(jìn)行碳刷及滑環(huán)檢查,碳刷及滑環(huán)表面無過熱變色現(xiàn)象,碳刷與滑環(huán)接觸良好,接觸面無積垢,且絕緣檢查正常。

檢查結(jié)果:機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、功率柜可控硅整流回路、滅磁開關(guān)、勵(lì)磁回路、轉(zhuǎn)子檢查均正常。

3.3機(jī)組出口開關(guān)及定子檢查處理

(1)電氣一次人員打開斷路器本體機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)異常:根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T596一2021)進(jìn)行機(jī)組開關(guān)絕緣試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、導(dǎo)電回路電阻檢查、開關(guān)真空度檢查、機(jī)械特性檢查,均正常。

(2)電氣二次人員對斷路器操作控制回路也進(jìn)行了檢查和試驗(yàn),檢查控制回路絕緣、開關(guān)線圈直流電阻正常:現(xiàn)地和遠(yuǎn)方操作斷路器分、合閘正常,控制回路無接觸不良情況。

(3)電氣一次人員進(jìn)行定子絕緣、泄漏電流及耐壓試驗(yàn)正常,定子端部檢查無異常。

檢查結(jié)果:機(jī)組出口開關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)正常、控制回路正常,不存在延時(shí)合閘現(xiàn)象,且斷路器操作控制回路不存在接觸不良的情況。

3.4機(jī)組同期裝置和同期回路檢查處理

根據(jù)《自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置通用技術(shù)條件》(DL/T1348一2014)的要求進(jìn)行如下檢查:

(1)對同期回路進(jìn)行絕緣測量,檢查正常。

(2)對同期回路繼電器進(jìn)行檢查,檢查正常。

(3)對同步繼電器進(jìn)行相位檢查,動(dòng)作正常。

(4)核對自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置參數(shù),如表3所示。

(5)對1號機(jī)組PT和10.5kVI段母線PT進(jìn)行檢查,一次保險(xiǎn)接觸良好,回路接觸良好。

(6)對接入同期裝置的10.5kVI段母線PT、1號機(jī)組PT的AB相硬接線進(jìn)行核對。用對線燈進(jìn)行每根硬接線的對線,確保從1號機(jī)組PT和10.5kVI段母線PT引出到1號機(jī)LCU盤柜后的硬接線無誤。

(7)利用相序儀對1號機(jī)組PT和10.5kVI段母線PT的A、B、C三相進(jìn)行相序檢查,A、B、C三相正序運(yùn)行,檢查正常。

(8)對自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置進(jìn)行本體試驗(yàn)。退出1號機(jī)組和10.5kVI段母線PT,拉開各PT在各轉(zhuǎn)接端子箱處的空氣開關(guān),并在1號機(jī)LCU屏處解開同期裝置合閘脈沖繼電器控制機(jī)組出口開關(guān)合閘的硬接線,用繼電保護(hù)測試儀輸入機(jī)組和10.5kVI段母線AB相PT端子電壓和頻率值,模擬機(jī)組出口開關(guān)自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘,同期裝置本體試驗(yàn)記錄如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果:該同期裝置調(diào)節(jié)機(jī)組頻率時(shí)出現(xiàn)誤發(fā)允許合閘命令的現(xiàn)象,進(jìn)行同期裝置更換。

3.5對更換后的同期裝置進(jìn)行相關(guān)投運(yùn)試驗(yàn)

(1)根據(jù)《自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置通用技術(shù)條件》(DL/T1348一2014)[4]的要求,進(jìn)行回路絕緣檢查、設(shè)備通電檢查、同期裝置內(nèi)部PT極性/測量精度檢查、本體試驗(yàn)、同相試驗(yàn)、反相試驗(yàn),結(jié)果均正常。

(2)更換后同期裝置的假同期并網(wǎng)試驗(yàn):

1)核對同期裝置整定參數(shù),具體如表3所示。

2)采用同源核相的方法進(jìn)行假同期并網(wǎng)試驗(yàn)。合上1號主變高壓側(cè)開關(guān),將運(yùn)行方式切為1號主變帶10.5kVI段母線運(yùn)行,將10.5kVI段母線PT和1號機(jī)組PT的AB相電壓在LCU盤柜后分別并聯(lián)接入便攜式故障錄波器,將同期裝置允許合閘繼電器的動(dòng)作接點(diǎn)和機(jī)組開關(guān)合閘的動(dòng)作接點(diǎn)接入便攜式故障錄波器作為啟動(dòng)源以計(jì)算出斷路器的導(dǎo)前時(shí)間,同時(shí)記錄合閘時(shí)機(jī)組PT和母線PT的相序、相位、電壓和頻率。運(yùn)行人員在機(jī)組空轉(zhuǎn)態(tài)后,進(jìn)行機(jī)組零起升壓試驗(yàn),在每個(gè)試驗(yàn)電壓點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn),確定1號機(jī)組PT和10.5kVI段母線PT的相序、相位、電壓一致,以確保PT接線無誤。在具備同期并網(wǎng)條件后,進(jìn)行兩次假同期并網(wǎng)試驗(yàn),同期回路均正確動(dòng)作,繼電器無粘連,斷路器均動(dòng)作正常。3)在假并網(wǎng)試驗(yàn)過程中,計(jì)算出斷路器導(dǎo)前時(shí)間為90ms。4)拆除試驗(yàn)接線,其他設(shè)備均恢復(fù)至正常運(yùn)行狀態(tài)。

(3)假同期并網(wǎng)試驗(yàn)合格后,進(jìn)行同期裝置真并網(wǎng)試驗(yàn)。

進(jìn)行l(wèi)F空載至發(fā)電操作,同期裝置啟動(dòng),機(jī)組開關(guān)合閘正確,檢查同期裝置合閘過程正確,查看故障錄波器合閘波形圖無異常。

試驗(yàn)結(jié)果:更換后的自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置檢查正常,并網(wǎng)試驗(yàn)正常,正式投運(yùn)。

4事件原因分析

(1)從上述保護(hù)裝置和故障錄波器錄波情況分析可知,并網(wǎng)前,1號機(jī)組pP電壓超前10T.kVI段母線pP電壓約909,機(jī)組并網(wǎng)時(shí)頻率49T6Hz,頻差和相位差均未達(dá)到自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)的允許條件,可初步判定存在發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)問題。并網(wǎng)后,三相定子沖擊電流突變至約6倍額定電流,機(jī)組電壓下降,機(jī)組失磁后進(jìn)入失磁保護(hù)動(dòng)作阻抗圓,轉(zhuǎn)子低電壓開入,機(jī)組保護(hù)失磁Ⅱ段動(dòng)作。

根據(jù)上述檢查,排除勵(lì)磁、轉(zhuǎn)子回路故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作,排除機(jī)組出口開關(guān)延遲動(dòng)作合閘和斷路器控制回路接點(diǎn)粘連故障導(dǎo)致非同期并網(wǎng),確定為自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置誤開出導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)。并網(wǎng)后,機(jī)組無法同步運(yùn)行,機(jī)組保護(hù)動(dòng)作,開出跳閘出口,機(jī)組保護(hù)動(dòng)作正確。

(2)發(fā)電操作過程中,第一次并網(wǎng)發(fā)電,同期裝置運(yùn)行合閘命令開出,機(jī)組開關(guān)并未進(jìn)行合閘,經(jīng)檢查,同期合閘控制回路和機(jī)組出口開關(guān)操作控制回路不存在接觸不良的情況。第二次進(jìn)行發(fā)電操作,同期裝置啟動(dòng)約6s,機(jī)組開關(guān)合閘。

根據(jù)機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行情況,機(jī)組并網(wǎng)同期裝置需調(diào)節(jié)60~90s才會(huì)發(fā)出同期合閘命令。經(jīng)檢查,監(jiān)控上位機(jī)一覽表沒有記錄允許合閘繼電器是否動(dòng)作的信號,無法判斷第二次進(jìn)行發(fā)電操作時(shí)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是否開出允許合閘命令,導(dǎo)致無法第一時(shí)間判斷是否為同期裝置誤發(fā)斷路器允許合閘命令,降低了事件處理速度。

5防范措施

(1)如果在機(jī)組同期裝置發(fā)出允許合閘命令后出現(xiàn)機(jī)組出口斷路器未合閘現(xiàn)象,運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)檢修班組檢查處理,同時(shí)停止本臺機(jī)組并網(wǎng)操作。

(2)在機(jī)組涉及斷路器改造或參與自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置控制的機(jī)組pP、系統(tǒng)pP更換以及自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置更換時(shí),應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)同期裝置和同期回路的相關(guān)試驗(yàn),同時(shí)確保電壓回路接線、斷路器合閘回路、同期裝置參數(shù)設(shè)置正確無誤。

(3)將自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的允許合閘繼電器動(dòng)作信號作為SOE量點(diǎn)接入LCU進(jìn)行監(jiān)視,同時(shí),舉一反三,將其他影響機(jī)組運(yùn)行的繼電器信號點(diǎn)接入監(jiān)控進(jìn)行監(jiān)視。

6結(jié)語

發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)直接影響發(fā)電機(jī)和變壓器的安全與壽命,嚴(yán)重時(shí)將擾亂整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰。一旦發(fā)生非同期并網(wǎng)事件,應(yīng)及時(shí)檢查機(jī)組定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)組出口開關(guān)及相關(guān)二次設(shè)備,如保護(hù)裝置、勵(lì)磁系統(tǒng)、監(jiān)控自動(dòng)化設(shè)備等,確保機(jī)組能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是水電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的重要的自動(dòng)化控制設(shè)備,在該設(shè)備投運(yùn)時(shí),應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行試驗(yàn):在運(yùn)行過程中,應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)分析:在檢修過程中,應(yīng)加強(qiáng)檢修管理,落實(shí)檢修質(zhì)量。發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)時(shí),應(yīng)加強(qiáng)相序、相位、電壓、頻率監(jiān)測,杜絕類似的非同期事件的發(fā)生。