引言

南水水電站#1發(fā)電機容量為32Mw,#2、#3發(fā)電機容量為34Mw。#1發(fā)電機為單元接線,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)電機采用擴大單元接線,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。

南水水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置有自動準(zhǔn)同期裝置和手動準(zhǔn)同期控制回路,其中手動準(zhǔn)同期回路配置同步繼電器、相位表等,以實現(xiàn)手動操作機組同期并網(wǎng)。機組正常運行時,利用自動準(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,實現(xiàn)自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)。機組保護裝置采用的是南瑞繼保公司RCs-985Rs/ss系列產(chǎn)品,機組勵磁系統(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號機組小修完成后,進行機組并網(wǎng)發(fā)電試驗。19:32:59,進行1F發(fā)電操作。并網(wǎng)前,自動同期裝

置啟動正常,根據(jù)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)機組電壓,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作。

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

19:38:20,進行1F發(fā)電操作。

19:38:27,1F機組開關(guān)合閘后,失磁保護動作,1F滅磁開關(guān)和出口開關(guān)跳閘。

機組進入電氣事故停機后,停機成功。

2事件初步原因分析

(1)保護裝置失磁保護動作,檢查保護裝置是否正常,勵磁回路是否正常。

(2)兩次操作機組發(fā)電間隔時間不長,需檢查發(fā)電機出口開關(guān)是否存在合閘延遲故障:機組第一次進行發(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)機組第二次進行發(fā)電操作,發(fā)電機短時間實現(xiàn)并網(wǎng)后跳閘,與實際機組運行時同期裝置調(diào)節(jié)電壓大小、頻率、相位的時間相差較大,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,檢查允許合閘繼電器是否存在空接點粘連導(dǎo)致機組快速合閘的情況。

3事件檢查處理過程

3.2繼保方面檢查處理

(1)檢查1號機保護裝置,保護裝置顯示失磁保護Ⅱ段動作,出口跳開1號機出口開關(guān)、1號機滅磁開關(guān),并報保護動作信號。同時,在保護裝置上打印該事件跳閘報告。

機組保護裝置失磁I段未投入,失磁Ⅱ段保護投入。失磁Ⅱ段為RCs-985ss后備保護裝置配置的保護功能,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)電壓為機端電壓。

失磁阻抗保護圓如圖1所示,陰影區(qū)為動作區(qū)。

查看保護裝置跳閘報告可知:1)19:38:27.591,裝置開始錄波,機組頻率為49.6Hz:

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

3)19:38:27.670,機組無功由正向轉(zhuǎn)為反向,機組開始吸收電網(wǎng)系統(tǒng)無功,逐漸進入失步運行,機組頻率逐漸下降至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Ⅱ段動作,同時出口跳閘,跳開滅磁開關(guān)和機組斷路器。

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

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

3.2勵磁方面檢查處理

(1)檢查勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器,勵磁調(diào)節(jié)器運行正常,觸摸屏上有欠勵限制動作報警且無滅磁開關(guān)誤分動作信號。

(2)根據(jù)《大中型水輪發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)及裝置運行和檢修規(guī)程》(DL/T491一2008)進行開環(huán)小電流試驗,得到可控硅自動調(diào)節(jié)特性試驗記錄,如表1所示。

(3)根據(jù)《大中型水輪發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)及裝置運行和檢修規(guī)程》(DL/T491一2008)進行開環(huán)小電流試驗,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)防性試驗規(guī)程》(DL/T596一2021)[3]進行滅磁開關(guān)機械機構(gòu)及開關(guān)特性試驗檢查,情況均正常。

(5)根據(jù)《大中型水輪發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)及裝置運行和檢修規(guī)程》(DL/T491一2008)進行勵磁及轉(zhuǎn)子回路絕緣試驗,試驗正常:再進行碳刷及滑環(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:機組勵磁調(diào)節(jié)器、功率柜可控硅整流回路、滅磁開關(guān)、勵磁回路、轉(zhuǎn)子檢查均正常。

3.3機組出口開關(guān)及定子檢查處理

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

(2)電氣二次人員對斷路器操作控制回路也進行了檢查和試驗,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)電氣一次人員進行定子絕緣、泄漏電流及耐壓試驗正常,定子端部檢查無異常。

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

3.4機組同期裝置和同期回路檢查處理

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

(1)對同期回路進行絕緣測量,檢查正常。

(2)對同期回路繼電器進行檢查,檢查正常。

(3)對同步繼電器進行相位檢查,動作正常。

(4)核對自動準(zhǔn)同期裝置參數(shù),如表3所示。

(5)對1號機組PT和10.5kVI段母線PT進行檢查,一次保險接觸良好,回路接觸良好。

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

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

(8)對自動準(zhǔn)同期裝置進行本體試驗。退出1號機組和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LCU屏處解開同期裝置合閘脈沖繼電器控制機組出口開關(guān)合閘的硬接線,用繼電保護測試儀輸入機組和10.5kVI段母線AB相PT端子電壓和頻率值,模擬機組出口開關(guān)自動準(zhǔn)同期合閘,同期裝置本體試驗記錄如表4所示。

試驗結(jié)果:該同期裝置調(diào)節(jié)機組頻率時出現(xiàn)誤發(fā)允許合閘命令的現(xiàn)象,進行同期裝置更換。

3.5對更換后的同期裝置進行相關(guān)投運試驗

(1)根據(jù)《自動準(zhǔn)同期裝置通用技術(shù)條件》(DL/T1348一2014)[4]的要求,進行回路絕緣檢查、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、同相試驗、反相試驗,結(jié)果均正常。

(2)更換后同期裝置的假同期并網(wǎng)試驗:

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行假同期并網(wǎng)試驗。合上1號主變高壓側(cè)開關(guān),將運行方式切為1號主變帶10.5kVI段母線運行,將10.5kVI段母線PT和1號機組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作接點和機組開關(guān)合閘的動作接點接入便攜式故障錄波器作為啟動源以計算出斷路器的導(dǎo)前時間,同時記錄合閘時機組PT和母線PT的相序、相位、電壓和頻率。運行人員在機組空轉(zhuǎn)態(tài)后,進行機組零起升壓試驗,在每個試驗電壓點進行確認(rèn),確定1號機組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,進行兩次假同期并網(wǎng)試驗,同期回路均正確動作,繼電器無粘連,斷路器均動作正常。3)在假并網(wǎng)試驗過程中,計算出斷路器導(dǎo)前時間為90ms。4)拆除試驗接線,其他設(shè)備均恢復(fù)至正常運行狀態(tài)。

(3)假同期并網(wǎng)試驗合格后,進行同期裝置真并網(wǎng)試驗。

進行l(wèi)F空載至發(fā)電操作,同期裝置啟動,機組開關(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。

試驗結(jié)果:更換后的自動準(zhǔn)同期裝置檢查正常,并網(wǎng)試驗正常,正式投運。

4事件原因分析

(1)從上述保護裝置和故障錄波器錄波情況分析可知,并網(wǎng)前,1號機組pP電壓超前10T.kVI段母線pP電壓約909,機組并網(wǎng)時頻率49T6Hz,頻差和相位差均未達(dá)到自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)的允許條件,可初步判定存在發(fā)電機非同期并網(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,機組電壓下降,機組失磁后進入失磁保護動作阻抗圓,轉(zhuǎn)子低電壓開入,機組保護失磁Ⅱ段動作。

根據(jù)上述檢查,排除勵磁、轉(zhuǎn)子回路故障導(dǎo)致發(fā)電機失磁保護動作,排除機組出口開關(guān)延遲動作合閘和斷路器控制回路接點粘連故障導(dǎo)致非同期并網(wǎng),確定為自動準(zhǔn)同期裝置誤開出導(dǎo)致發(fā)電機非同期并網(wǎng)。并網(wǎng)后,機組無法同步運行,機組保護動作,開出跳閘出口,機組保護動作正確。

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

根據(jù)機組實際的運行情況,機組并網(wǎng)同期裝置需調(diào)節(jié)60~90s才會發(fā)出同期合閘命令。經(jīng)檢查,監(jiān)控上位機一覽表沒有記錄允許合閘繼電器是否動作的信號,無法判斷第二次進行發(fā)電操作時自動準(zhǔn)同期裝置是否開出允許合閘命令,導(dǎo)致無法第一時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)如果在機組同期裝置發(fā)出允許合閘命令后出現(xiàn)機組出口斷路器未合閘現(xiàn)象,運行人員應(yīng)及時通知相關(guān)檢修班組檢查處理,同時停止本臺機組并網(wǎng)操作。

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

(3)將自動準(zhǔn)同期裝置的允許合閘繼電器動作信號作為SOE量點接入LCU進行監(jiān)視,同時,舉一反三,將其他影響機組運行的繼電器信號點接入監(jiān)控進行監(jiān)視。

6結(jié)語

發(fā)電機非同期并網(wǎng)直接影響發(fā)電機和變壓器的安全與壽命,嚴(yán)重時將擾亂整個電力系統(tǒng)的正常運行,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)及時檢查機組定子、轉(zhuǎn)子、機組出口開關(guān)及相關(guān)二次設(shè)備,如保護裝置、勵磁系統(tǒng)、監(jiān)控自動化設(shè)備等,確保機組能安全穩(wěn)定運行。

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