1機組概況

珠海電廠有兩臺700MW燃煤發(fā)電機組,珠海電廠1號主變、2號啟備變接入220kv1段母線,珠海電廠2號主變、1號啟備變接入220kvⅡ段母線,兩條220kv母線經(jīng)母聯(lián)開關連接,有八回220kv出線,如圖1所示,除海黃乙線計劃檢修中外,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,臺風"天鴿"(強臺風級）在廣東省珠海市南部登陸,登陸時其中心最大風力達14級,中心位置最低氣壓是95kPa,是2017年登陸我國的最強臺風,登陸時對珠海發(fā)電廠造成了極大的破壞,導致一臺機組跳閘,另一臺機組長時間孤網(wǎng)運行。

09:26,受強臺風影響,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、海八乙線相繼保護動作跳閘,線路均無法恢復送電。全廠220kv八條出線僅剩三條一海黃甲線及海臨甲乙線運行。

11:00,按照中調(diào)要求,1、2號機組負荷減至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)運行,兩臺機組黃茅海變電站和珠海港臨港變電站所有負荷孤網(wǎng)運行,1、2號機組負荷及系統(tǒng)頻率大幅劇烈波動,1號機因系統(tǒng)解網(wǎng)運行負荷大幅度降低,引起汽機高壓調(diào)門閥全關,鍋爐再熱器保護動作鍋爐MFT,2s后汽輪機主汽門關閉,汽機無流量跳閘,發(fā)電機逆功率保護動作跳主變出口開關2201,1號機組停運。1號機組跳閘后2號機組孤網(wǎng)運行,機組頻率逐步升高,由于2號汽機在電網(wǎng)解網(wǎng)過程中Fv頻繁動作,中壓調(diào)門頻繁動作,中壓調(diào)門ICv-3控制卡件出現(xiàn)異常,造成汽機主控無法操作控制,同時2號汽機調(diào)門固定在23%左右開度無法控制。此時,2號機組發(fā)電機頻率逐步升高至最高53.1Hz(跳閘值53.5Hz）,在汽機調(diào)門無法控制的情況下,快速打閘磨煤機至剩下一臺磨煤機運行,并投入所有油槍運行穩(wěn)定鍋爐燃燒,通過手動控制鍋爐煤量、燃油量來調(diào)節(jié)機組出力,控制機組頻率。最終在機組BT手動控制方式下,機組負荷穩(wěn)定在160MW,周波穩(wěn)定在(50±0.2）Hz,機組孤網(wǎng)運行8h后才與電網(wǎng)主網(wǎng)恢復聯(lián)網(wǎng)供電。

如圖2所示,事故期間汽機最高轉(zhuǎn)速達到3209r/min。

3事件分析

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

珠海電廠機組負荷控制有四種運行方式:鍋爐跟隨汽機控制方式、汽機跟隨鍋爐控制方式、機/爐協(xié)調(diào)控制方式、鍋爐/汽機手動控制模式。正常運行都是保持在機/爐協(xié)調(diào)控制方式,2號機組原本是機/爐協(xié)調(diào)控制方式,在w號機組跳閘后,因負荷波動導致調(diào)門動作頻繁,2號機中壓5號調(diào)門故障,導致當時整個DEH控制站所有調(diào)門全跳手動無法操作,負荷控制方式汽機主控跳至手動,鍋爐主控仍然在自動方式,負荷控制是在鍋爐跟隨汽機負荷控制方式,按照負荷一主汽壓力曲線,560MW負荷以下主汽壓力都是維持在11.2MPa運行,但2號機組頻率快速上升,這說明鍋爐出力過大,需要緊急減少鍋爐燃料量,當時立即手跳兩臺磨煤機剩至一臺磨煤機運行,此時機組負荷控制方式切至鍋爐/汽機手動模式,在該模式下,負荷控制系統(tǒng)相當于被切除。汽機、鍋爐的子控制系統(tǒng)各自維持本身運行參數(shù)的穩(wěn)定而不再參與機組輸出功率和主汽壓力的自動控制任務。投入一層油槍穩(wěn)定負荷,機組頻率上升最高達到53.1Hz隨后下降,機組轉(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出力,使機組頻率跌至49.5Hz后緩慢回升,主汽壓力上升并穩(wěn)定在8.4MPa,負荷穩(wěn)定在160MW,機組頻率也保持在（60±0.2）Hz。如果按照按照負荷一主汽壓力曲線,主汽壓力維持在11.2MPa而不去手動干預,必定導致機組頻率越限,當機組頻率超過65.6Hz,發(fā)電機會延時0.8s解列,導致所在港區(qū)單位和企業(yè)供電中斷,并且電廠要進行黑啟動。

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

事故期間,w號機組跳閘前,兩臺機組的汽輪機FV保護都有動作,中壓調(diào)門短時全關,對機組轉(zhuǎn)速的控制是相當成功的。珠海電廠汽輪機FV保護是通過檢測中壓調(diào)門出口壓力信號與發(fā)電機電流信號做對比得出汽輪機輸入和發(fā)電機輸出的不平衡功率,若該不平衡功率大于額定負荷40%,FV會動作,通過DEH的危急遮斷油路的泄油電磁閥,中壓調(diào)門快速關閉,在0.5s后復位重新開啟。

另外,珠海電廠DEH還有oPC功能,在汽輪機轉(zhuǎn)速達到w07%額定轉(zhuǎn)速時,快關所有高中壓調(diào)門,當轉(zhuǎn)速恢復正常時再開啟調(diào)門,防止汽輪機超速。事故期間2號機組汽輪機最高轉(zhuǎn)速5209r/min,未達到107%額定轉(zhuǎn)速,因此當時oPC保護未動作,可見盡管負荷波動很厲害,FV動作減小汽輪機出力成功達到了防止汽機超速的目標。珠海電廠之前也做過不同負荷情況下的甩負荷試驗,oPC能成功控制汽輪機轉(zhuǎn)速,其調(diào)節(jié)特性是相當好的,如果孤網(wǎng)情況下發(fā)生oPC動作,雖然是高中壓調(diào)門都同時關閉,擾動較大,但應該也能控制好機組轉(zhuǎn)速。

作為機組操作員,機組孤網(wǎng)運行時還應該注意以下幾點:（1）最重要的監(jiān)視參數(shù)是汽輪機轉(zhuǎn)速和發(fā)電機頻率,如果有變化要及時進行調(diào)整,改變鍋爐負荷或調(diào)整汽輪機調(diào)門開度,負荷和調(diào)度溝通最好保持穩(wěn)定,起碼不要發(fā)生大的變化,或者是大的負荷變化同時進行鍋爐負荷或汽輪機調(diào)門開度的調(diào)整,可以確保孤網(wǎng)運行時的頻率穩(wěn)定:（2）汽輪機轉(zhuǎn)速波動大,直接導致汽輪機震動、軸承溫度等參數(shù)異常,需要關注汽輪機TS1各項參數(shù),同時相應鍋爐汽壓和汽包水位也會有所波動,必須密切關注。

4結語

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