一起線路故障引起的機組自用電消失分析

韋衛

（大唐發電集團廣西分公司大化水力發電總廠，廣西大化 530800）

一起線路故障引起的機組自用電消失分析

韋衛

（大唐發電集團廣西分公司大化水力發電總廠，廣西大化 530800）

機組自用電對保證發電機組正常運行起著必不可少的作用，本文用廣西大化水力發電總廠發生的一起110kV線路故障引起廠用電瞬間低壓、備自投動作不成功而造成的廠站右岸廠房機組自用電消失案例，對該廠的送出線路保護配置、機組自用電備自投方式、以及在發生較大電壓暫降時備自投動作過程等進行分析，找出機組自用電消失的原因，并提出解決方法。

系統故障 電壓暫降 備自投 機旁盤失壓

水電廠廠用電包括機電輔助設備用電和照明用電等，機組機旁自用電作為廠用電重要的組成部分，為發電機組重要輔助機械設備及監控、勵磁、調速系統、自動裝置等提供交流電源，保證發電機組的正常生產運行。機旁自用電負荷基本由Ⅰ類、Ⅱ類負荷組成，為保證供電可靠性，一般采用母線分段運行，并裝有備用電源自動投入裝置。

1　系統簡介

大化電廠右岸廠房裝設四臺機組，四臺主變壓器，發電機與主變壓器單元接線。四臺主變高壓側接入220kV兩段母線，有四回出線。1號主變、3號主變為三卷變，三卷變中壓側接入110kV兩段母線，有三回出線：大化城線（下稱A線）、大琴線（下稱B線）、大巖線（下稱C線）。右岸廠用電分別從1號主變低壓側、3號主變低壓側接取，經高廠變、廠變降壓分別供400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線。右岸四臺機組各自的機旁自用電盤柜（下稱機旁盤）的母線1和母線2分段運行， 母線1由 400VⅠ、Ⅱ段引出經主、備開關切換供電，母線2由400VⅢ段或Ⅳ段供電。母線1向本機的勵磁、調速器、監控及各水泵、油泵等提供交流電源；母線2帶有一臺壓油泵和作為檢修用電。

2　故障概況

1時43分，天氣雷雨，系統沖擊，110kV B線開關保護跳閘、重合閘動作成功，同一時刻出現右岸廠房四臺機組機旁盤電源消失的信號。現場檢查發現四臺機組的機旁盤母線1的兩段電源進線共八個開關均在分閘狀態，機旁盤母線1失壓。現場手動對各開關合閘操作無效，后切停其控制把手（“自動/停止”把手）再重新投入“自動”，進線開關合閘正常，遂逐一將各機組機旁盤母線1電源恢復。由于處理及時，四臺發電機組運行正常。

2時54分，雷雨，再次出現系統沖擊，110kV C線開關保護動作跳閘，重合閘動作成功，右岸機組機旁盤運行正常，未出現之前的機旁盤失壓現象。

附圖1 大化電廠主接線簡圖

附圖2 施耐德梅蘭日蘭開關參數

3　故障分析

3.1備自投情況

機組機旁盤母線1的兩段進線開關為90年代施耐德梅蘭日蘭的masterpact M08 N1 STR28D低壓斷路器，兩臺開關之間裝設有機械連桿實現機械聯鎖，兩開關用合閘回路互相串接開關常閉接點來實現電氣聯鎖及備自投功能，各合閘回路接入“自動/停止”把手，以接通、斷開合閘回路來實現備自投功能的投、退，此外再無其它任何控制器。當主用段電源失壓時主開關的欠壓脫扣器動作跳閘，備用開關合閘回路接通，開關自動合閘，完成備自投動作。

廠用10kVⅠ、Ⅱ段母線備自投及400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母線備自投為PLC備自投和PCS-9691C裝置備自投，失壓跳閘延時整定均超過3秒，能可靠躲過線路故障造成的電壓暫降。

3.2機旁盤母線失壓過程分析

（1）線路故障時刻四臺機組機旁盤的四臺進線主開關均動作跳閘，四臺備用開關均未合閘，動作一致，且事后對各開關進行測試均無異常，可排除開關本體或回路出現故障的可能性。

（2）故障錄波顯示110kV B線故障時刻，主變（三卷變）低壓側相電壓有效值在故障第一周波后降至1/3Ue，機旁盤進線開關欠壓脫扣整定值1/2Ue，機旁盤進線主開關失壓脫扣動作正確。錄波顯示1號主變、3號主變低壓側電壓暫降幅值、時間均相同，由于主用開關、備用開關的400V電源分別取自1號主變和3號主變，可判斷備用開關與主開關同時欠壓脫扣動作，因此在電壓暫降持續時間內，備用開關未自動合閘屬動作正確。

（3）110kV B線開關跳閘、重合成功、系統電壓恢復后，機旁盤進線主、備開關均在分閘位，各合閘回路均已接通，但各開關均未自動合閘，原因為開關本體的防跳躍閉鎖動作。B線故障切除后電壓恢復瞬間，脫扣器未復歸而合閘回路已先通電，觸發了開關防跳躍閉鎖功能，因此主、備用開關均不能合閘，只有將控制把手退、投一次，合閘回路斷開再接通，防跳功能解除后開關方可合閘。此情況已經過現場實地驗證。

（4）數年來，大化水電廠220kV、110kV各條線路曾多次故障跳閘，但機旁盤失電的情況未曾發生過，為何本次110kV B線故障會造成全部機旁盤失壓？原來220kV線路兩套保護分別為RCS-931（或RCS-901）和RCS-902，主保護為縱聯差動（縱聯方向）和縱聯距離快速主保護，動作時間短，從故障第一周波開始30ms動作，50～60ms即切除故障，機旁盤進線施耐德梅蘭日蘭開關欠壓脫扣器MN響應時間為90ms，可以躲過電壓暫降時間，而且220kV線路基本為單相接地故障，電壓暫降幅值不大，故障時一般仍有2/3以上相電壓。所以220kV線路故障不會使機旁盤進線開關欠壓跳閘。

（5）110kV C線線路長66.7km，主保護為RCS-941的相間和接地距離保護、零序方向保護，Ⅰ段距離和Ⅰ段零序整定0秒動作，60～70ms切除故障，欠壓脫扣器不動作。

（6）110kV B線線路長24km，保護配置與C線相同，由于線路距離短，與相鄰保護配合需要，主保護Ⅰ段距離和Ⅱ段零序（Ⅰ段零序不投）整定0.15秒動作，加上固有時間，錄波顯示B線保護180ms動作，200ms切除故障。欠壓脫扣器90ms響應時間未能躲過B線故障的電壓暫降。110kV A線情況與B線相似。

（7）歷史記錄和故障錄波顯示，以往220kV、110kV線路的每次故障，或者電壓暫降時間短，或者電壓暫降的幅值小，均未造成類似本次的機旁盤失壓。本次110kV B線為三相接地短路故障，測距2.2km，故障后110kV母線三相相電壓有效值降至1/10Ue，主變（三卷變）低壓側相電壓降至1/3Ue，B線切除故障時間200ms。即B線故障造成的機旁盤電源電壓暫降持續時間為200ms，降幅超過1/2Ue，響應時間為90ms的欠壓脫扣器動作正確，機旁盤進線主開關欠壓脫扣跳閘，備用開關欠壓脫扣動作，電壓恢復后開關防跳躍閉鎖動作，主用、備用開關均不能自動合閘。以上為本次故障引起機旁盤備自投動作不成功，造成機旁盤母線失壓的原因，備自投動作情況符合設備現狀。

4　結論

在當前的保護配置、備自投方式和開關特性下，當110kV B線（或A線）近距離發生三相短路的嚴重故障時，200ms的大幅電壓暫降將造成右岸機組機旁盤（母線1）失壓，機旁盤備自投動作不成功，對發電機組運行造成嚴重影響。

5　改進方法及分析

5.1改進

110kV B線近端嚴重故障切除時間太長是造成機旁失壓的根本原因之一，但保護定值的重新核算整定屬于省網地區供電局的管轄范疇，在此不作討論。更換新型的雙電源自動切換裝置（備自投）并選擇適當的失壓延時，可以增加發電機組機旁盤電源持續運行的可靠性。雙電源自動切換裝置的工作方式一般有自投自復、自投不自復、互為備用三種。機旁盤所帶的主要負荷為Ⅰ類、Ⅱ類負荷，不宜選擇自投自復，否則瞬間的電壓暫降、或上級備自投動作造成的暫時失壓，都將使機旁盤進線開關動作兩次，負荷及電源將承受兩次沖擊；自投不自復方式使持續供電可靠性降低，也不適用于機旁盤。互為備用的方式能提高機旁盤供電的可靠性，也是該廠機旁盤當前使用的備自投方式㈠，因此選擇恰當的失壓延時以躲過110kV B線切除故障的時間是解決問題的關鍵。

5.2效果分析

110kV B線切除故障時間約為200ms，將欠壓脫扣器整定為0. 5秒可有效躲過上述情況造成的機旁盤（母線1）失壓。機旁盤所帶的主要負荷有現地控制單元、調速器、勵磁調節器、勵磁風機，壓油泵、頂蓋排水泵等，現地控制單元、調速器和勵磁均有交、直流雙電源，勵磁風機和頂蓋排水泵（15kW）均有取自旁機的備用電源（或交叉電源），0.5秒的失壓切換或0.2秒的欠壓對以上設備、對機組均無影響。

機旁盤電源、廠用變壓器容量按輔機全壓啟動設計，三臺壓油泵每臺容量75kW、額定電流110A，#1、#2壓油泵為全壓啟動，#3壓油泵為變頻啟動，其中#2壓油泵由另一段電源的母線2供電。壓油泵電機0.5秒的失壓重啟或0.2秒欠壓運行仍能維持一定的轉差率，繞組電流不會達到正常全壓啟動4～7倍的Ie。由此得知，即使故障時刻四臺機組的壓油泵均同時在運行狀態，油泵0.2秒的欠壓運行或者0.5秒的電壓切換造成的油泵重啟，對額定電流800A的機旁盤進線開關和容量800kVA的400V廠用變壓器均無影響，也不影響輔機本體的運行。

6　結語

通過對本次110kV B線故障及歷年220kV、110kV各線路故障情況的分析、對機旁盤進線開關特性及運行方式的排查，明確了被本次線路故障引起的機組自用電消失的原因，并提出相應的解決方法。從本例可看出，線路故障切除時間的延時引起的電壓暫降持續時間過長，對機組自用電備自投的影響不可忽視，而發電機組控制設備和輔機對機旁自用電供電的持續性和可靠性又提出了很高的要求，因此，合理選擇機旁電源備自投方式，對水電廠發電機組安全、穩定運行是非常重要的。

韋衛（1970—），男，廣西柳州人，工程師 ，單位：大唐發電集團廣西桂冠電力大化水力發電總廠，職務：發電部運行值長。