一起短路故障引起孤網運行分析

程萬里

一起短路故障引起孤網運行分析

程萬里

程萬里

大連西咀熱力有限公司

程萬里，男，1981年10月14日，漢族，遼寧省大連市，大連西咀熱力有限公司電氣工程師，從事發電廠電氣設備運行與檢修技術管理和檢修工作。

通過孤網系統中一起短路故障造成全廠停電，分析全停生產的原因及如何縮小事故范圍，盡量避免孤網系統發生全廠停電事故。

引言

目前，國內有很多小型自備發電廠受生產成本等多方面因素影響而采取脫離大電網孤網運行的特殊運行方式，此種方式下電網運行不穩定，抗沖擊能力差。大連西咀熱力有限公司在2005年采用孤網運行至今，曾出現過多次短路故障，通過公司技術人員不斷總結優化，孤網運行安全性大大提高。

孤網運行系統方式

孤網時，1#、2#發電機均開機，分別并于10kV主母I段和主母II段，分段開關255閉合，所有廠用電及10kV廠用I、II、III段均接在主母I段和主母II段運行，向港區供電通過1#聯絡線送至北良變電所總變10.5kV I段，總變分段155開關和1#主變二開關151均斷開，曹北左線帶1#主變熱備用運行。外網系統電由曹北右線通過2#主變帶總變10.5kV II段向北良部分分變電所供電，同時2#聯絡線作為熱電廠兩臺發電機備用電源，213甲開關閉合，213乙開關斷開。如圖1。

孤網系統全廠停電事故原因及過程分析

事故前運行方式

故障前電氣系統運行方式即為前述運行方式，當時系統電壓為10.45kV，1#發電機電負荷10MW、電流為600A，2#發電機電負荷5.8MW、電流為360A，通過1#聯絡線送到北良變電所負荷為12MW、電流為720A，為2臺發電機組總出力的76％，電流互感器變比：20005。

事故現象和事故分析

2009年6月28日14日50分，北良變電所10kV分變電所中裝船機饋線發生單相接地和相間短路，經340ms事故切除（保護裝置記錄）。熱電廠故障錄波儀記錄了故障全過程，如圖2，現將全過程描述如下：2009年6月28日14日50分45秒起始在事故發生的200ms內，發電機出口母線電壓波形突變，出現較大的零序電壓，1#發電機、2#發電機、1#聯絡線的電流基本不變，說明10kV系統發生單相接地（小電流選線裝置已檢測到1#聯絡線瞬間接地）。在故障發生200ms時，1#聯絡線B、C相電流先達到10kA，240ms時三相電流均達到8.9kA，之后短路電流逐步衰減，1#、2#發電機電流的變化趨勢與1#聯絡線相同，此時相電壓降到4.3kV。在故障發生540ms時，1#聯絡線電流從880A降為0，此后，10kV電壓逐漸升高，在故障發生后1s升到額定電壓，從故障發生到故障切除的時間是340ms，此時負荷斷路器全部跳閘，而1#聯絡線兩端斷路器并未跳閘，故障切除后2.8s，1#、2#發電機過頻保護動作停機，造成全廠停電。當時汽輪機超過額定轉速10％關主汽門，但轉速仍升至3450轉/min。通過對繼電保護定值和配置的核查，分析認為保護動作是正確的，而且考驗了機組經勵磁變壓器的自并勵靜態勵磁系統在340ms故障期間內提供的短路電流使電流保護裝置能切除故障。

擴大事故主要原因分析

北良變電所10kV分變電所中裝船機饋線發生單相接地和相間短路，經340ms切除故障，在相間短路期間造成10kV系統整體電壓降低，因為北良變電所10kV負荷饋線斷路器裝有失壓脫扣裝置，而大量的380V電動機也采用接觸器供電，當10kV三相短路電壓降低時，電動機自行失壓脫扣，故障錄波圖顯示，在故障發生540ms時，1#聯絡線電流從880A降為0即1#聯絡線12MW負荷已全部甩掉，因而引起1#、2#機組出力遠大于負荷，造成汽輪發電機超速，過頻保護動作跳機，導致擴大事故造成全廠停電。

在此次故障期間，熱電廠廠用電系統一直正常運行，直到全廠停電為止，其原因在于發電廠廠用電系統有一套符合運行要求的低壓保護系統，對影響機組運行的重要電動機在廠用電低電壓時，經過9s跳閘或不跳閘（如引風機），對不影響機組運行安全供電的不重要電動機（輸煤系統），在廠用電低電壓0.5s即跳閘，以保證對重要廠用電動機的可靠供電。

總之，本次故障擴大以致全廠機組停電的主要原因即為低電壓甩負荷造成過頻保護動作停機所致。

縮小事故范圍，盡量避免全廠事故停電的對策措施

優化保護配置，縮短故障跳閘時間，維持系統電壓穩定，防止負荷開關失壓脫扣

具體方案如下：由北良變電所供電的分變電所，采用單母線分段運行方式，直接接在母線上的負荷饋線斷路器的電流速斷保護動作時間由0.3s改為0s，負荷饋線的串聯斷路器保護不設級差，母聯斷路器保護動作時間由0.6s改為0s。定值如此配置之后，可以保證故障幾率最高的負荷線路，在發生故障時快速切除。北良分變電所曾在2009年10月16日的負荷線路故障中，因0s切除故障未發生斷路器失壓脫扣，系統仍穩定運行。說明優化保護配置是解決防止全廠停電的有效手段。

圖1 為電氣一次系統圖

圖2 錄波儀記錄

提高汽輪機調速系統可靠性，甩負荷后不超速跳閘

當前大型汽輪發電機組具有甩負荷不超速跳閘維持帶廠用電的功能，但小型機組無此功能，熱電廠與汽輪機制造廠及調速器廠家聯系后，對汽輪機及調速系統進行了完善，盡量控制機組在甩負荷汽輪機轉速不過高，從而達到降低周波的作用。

改善負荷側回路低電壓保護配置

熱電廠所有10kV高壓負荷及380V負荷包括北良各變電所負荷都可按照凡不重要回路可以考慮設置0.5s低電壓跳閘，對于重要回路可以考慮設置3s以上低電壓跳閘，這樣可以在負荷側發生故障時，即使發生低電壓，并不馬上甩負荷，如果短期內切除故障電壓恢復，所有非故障線路均可恢復正常運行，并不會發生全廠停電事故。

改善發電機勵磁系統的性能

熱電廠兩臺發電機已采用機端勵磁變壓器的靜態勵磁方式從此次故障證明北良變電所10kV支路短路故障，依靠機組靜態勵磁系統提供的逐步衰減短路電流，仍然保障了故障經0.34s及時切除，但故障切除后從系統電壓恢復較慢，同時原勵磁系統為單通道單可控硅系統，相對孤網系統而言，此種勵磁調節器安全性差，當勵磁調節器本身異常很容易出現電網電壓波動，對系統運行安全十分不利，通過上述分析，將原勵磁系統升級改造為雙通道雙套可控硅勵磁系統，電壓響應速度也大大提高，從而為故障切除后系統電壓迅速恢復提供保障。

結束語

高壓系統發生短路對任何電廠都會造成一定影響，在孤網系統發生短路故障更是影響巨大，但通過合理的保護配置，改善勵磁系統和調速系統性能是可以提高孤網運行安全性，滿足企業正常的生產與用戶需要。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.080