快切閉鎖導致廠用電中斷事故分析及處理

葉朋珍，鄭 文，濮浩東（.皖能銅陵發電有限公司，安徽 銅陵 440；.長春工程學院，吉林 長春 300）

快切閉鎖導致廠用電中斷事故分析及處理

葉朋珍1，鄭 文2，濮浩東1
（1.皖能銅陵發電有限公司，安徽 銅陵 244012；2.長春工程學院，吉林 長春 130012）

對一起廠用電切換過程中發生的廠用電中斷事故進行分析，并根據分析結果采取改進措施，以避免廠用電切換過程中快切裝置被誤閉鎖，確保廠用電在事故情況下的正確切換，保證廠用電的正常運行。

快切裝置；閉鎖；廠用電；失磁保護；PT斷線

0 引言

廠用電快切裝置作為廠用電的核心裝置，涉及機組眾多重要輔機的電源，其重要性不言而喻。一旦快切裝置在事故情況下不能及時將工作電源切換至備用電源，則可能導致全廠廠用電中斷和重要設備無法工作，影響主設備的安全運行，危害將不可估量。

雖然隨著快切理論日益完善和設備制造工藝水平的不斷提高，廠用電快切裝置越來越可靠，但是快切失敗的事件仍然時有發生。為此，必須對系統進行全面分析和試驗，找出問題根源，從而采取相應對策，確保快切裝置在事故情況下的可靠切換，保證廠用電電源的安全穩定運行。

1 事故經過

某電廠3號機為300 MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1025/18.2-YM6型汽包爐。電氣6 kV廠用電及快切系統為常規設計方案，廠用電6 kV分4段運行，設2套快切裝置（見圖1）。在2014年機組大修后的廠用電快切試驗過程中，發生了快切裝置動作不成功導致廠用電中斷的事故。

2014-11-18，機組經大修已并網運行，在進行滑參數停機過程中，鍋爐意外熄火；由于熱工主蒸汽溫度低保護未投入，汽輪機未聯鎖跳閘且仍然帶15 MW負荷運行，機組準備事故停機。在帶低負荷運行過程中，運行人員做廠用電切換試驗，但由于事先未組織討論方案，直接將發電機滅磁開關拉閘（運行人員誤認為滅磁開關聯跳發變組保護），導致發電機失磁運行。后因發電機進相運行達-160 Mvar，發變組保護未能動作，立即手動斷開發變組出口開關。由于快切裝置正好在此過程中發出“快切裝置閉鎖”信號，快切裝置未能將廠用電切換至備用電源，且此時保安系統的柴油發電機遠方/就地開關不在遠方狀態，柴油發電機未能正常啟動，導致機組廠用電中斷；后經過手動將廠用電恢復至備用電源運行。所幸直流系統聯鎖正常，才未造成重大的設備損壞事故。檢查快切裝置的故障記錄，發現是由于快切裝置被外部信號閉鎖，最終導致快切裝置不能啟動。

2 原因分析

2.1 事故時序與數據分析

通過對DCS數據、發變組保護數據、快切裝置數據和歷史曲線分析，并結合現場情況及數據統計，確認事故時序及數據如下（見表1）：首先發電機誤斷開滅磁開關，導致發電機失磁并進相運行，進相深度達到-160 Mvar；6 kV廠用電電壓下降，且控制室照明變暗，廠用電快切和發變組保護均未動作。于是運行人員手動分斷發變組出口2803開關，快切裝置發出“裝置閉鎖”信號；發變組保護外部重動3動作，自動跳開6 kV工作進線開關。但是由于快切裝置已被閉鎖，未能將廠用電源切換至起備變運行，導致6 kV廠用母線失電。

上述過程有以下幾個問題需要分析：

表1 事件時序及數據

（1） 滅磁開關跳閘，失磁保護未動作啟動廠用電快切的原因；

（2） 閉鎖信號發出的原因；

（3） 快切裝置檢測到異常并發出了閉鎖信號，作為開入量接入DCS的閉鎖信號，卻未能被DCS檢測和記錄下來的原因。

2.2 失磁保護未動作原因

根據發變組失磁保護的定值和失磁前后DCS有功、無功數據，將失磁后的阻抗動作軌跡轉化在阻抗圖（見圖2）中。從圖2中動作軌跡和異步圓來看，發電機失磁后已進入異步圓運行，再結合失磁保護I，Ⅱ段邏輯和定值分析如下。

（1） 失磁保護I段邏輯判據為：阻抗圓+轉子低電壓+減出力+無功反向。雖阻抗圓、轉子低電壓和無功反向判據均滿足，但是由于I段加入了減出力判據，要求P＞40 % Pn，由于失磁時，發電機有功僅為5 % Pn，在失磁I段中，減出力判據無法滿足要求，導致失磁保護I段不能動作。

（2） 失磁保護Ⅱ段的邏輯判據為：母線低電壓+阻抗圓+轉子低電壓+無功反向。阻抗圓、轉子低電壓和無功反向均滿足條件；但由于母線低電壓判據選取的是系統電壓，系統電壓在失磁過程中只下降了約2 %（定值為U＜90 % Un），故在失磁Ⅱ段中，母線低電壓定值無法滿足要求，導致失磁保護Ⅱ段不能動作。

失磁I，Ⅱ段保護均不能動作，而Ⅲ段、Ⅳ段并未投運跳閘，因此導致失磁保護不能動作。

圖2 失磁保護阻抗軌跡

2.3 閉鎖信號產生原因

閉鎖信號產生的原因有：

（1） 人為退出切換功能；

（2） 開關位置異常（含備用電源開關和PT隔離開關位置）。

經過對DCS事件記錄及數據分析，因DCS未發出“手動退出快切”信號，唯一可能的原因是“開關位置異常”信號導致的快切閉鎖。

而導致開關位置異常的可能原因有：

（1） PT隔離開關位置異常；

（2） 備用電源進線開關位置異常。

正常運行情況下，PT隔離開關位置為常閉接點，備用電源進線開關為常開接點。常閉接點誤動作的可能性較高；且事后立即對備用電源進線開關進行了分合閘試驗，均無任何問題出現，因此排除了備用電源進線開關位置異常的可能。

經過對回路的分析，查明快切裝置原“PT隔離開關位置異常”信號輸入設計為一串接的綜合開關量，即由PT隔離開關常閉輔助接點HJD串接PT斷線中間繼電器1ZJ的常閉接點（見圖3）。一旦任意一接點返回或端子松動，快切裝置將被閉鎖。而事故后，對控制回路中的端子及接線進行檢查，未發現端子松動現象。

圖3 PT斷線閉鎖快切原理

綜合分析得出，在本次廠用電中斷過程中，滅磁開關拉閘后，用于判斷PT斷線的低電壓繼電器1YJ，2YJ，3YJ由于在發變組出口開關斷開后失壓動作過程中不同步，導致誤發“PT斷線”信號。PT斷線后，1ZJ動作，常閉接點打開，發出“PT隔離開關位置異常”信號，將快切裝置閉鎖。由于快切裝置閉鎖后，必須手動復位才能重新具備快切功能，從而導致廠用電未能切換。最后，6 kV廠用電電源進線開關由發變組保護中的外部重動保護動作跳開。

由圖3可知，在模擬母線失壓試驗過程中，上述分析也得到了驗證。對電壓繼電器在失壓過程中啟動1ZJ動作的綜合接點“101-015”進行錄波；經過多次測試，發現該綜合接點每次均出現1-3 ms的方波，導致1ZJ動作，從而發出“PT隔離開關位置異常”信號，閉鎖快切裝置。

2.4 DCS未檢測到開關量原因

由于DCS控制系統I/O卡件對大于7 ms的接點動作才能可靠檢測，而對持續時間小于3 ms的接點動作不可檢測。同時，DPU的掃描周期為200 ms，即開關量需要大于200 ms才能可靠執行，而歷史數據庫存儲周期則更長達1.0 s。由于低電壓繼電器不同步發出的“PT斷線”脈沖信號過短，導致DCS無法采樣并記錄下來。但是快切裝置的采樣頻率高達1 200 Hz，所以可以采樣到1-3 ms的方波并發出“快切裝置閉鎖”信號，導致電源進線跳閘后快切未能將廠用電切換至備用電源供電。

3 解決措施

根據以上各個環節的分析，可以從滅磁開關聯鎖邏輯、失磁保護、外部開入的閉鎖快切條件3個環節入手，解決快切裝置被非正常閉鎖的問題。

（1） 增加滅磁開關至發變組保護的聯鎖跳閘回路，確保滅磁開關動作后及時啟動發變組保護，以主動切換廠用電。目前，各電力設計院對滅磁開關跳閘后是否聯鎖跳發變組保護問題，所持意見各不相同。根據《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2014版）》5.1.19條和JB/T10499-2005《透平型發電機非正常運行工況設計和應用導則》4.2條以及發電機說明書規定，不允許發電機長時間失磁運行。考慮到大部分情況下勵磁系統無備用勵磁，發電機運行時，若滅磁開關已跳閘（不論是事故跳閘或手動跳閘），都需要查明原因后才能恢復勵磁。為了確保發電機組和系統的安全穩定運行，應該實現聯鎖，及時切換廠用電和降負荷，或延時跳發變組保護，以作為發電機滅磁開關跳閘的第1道硬聯鎖“保護”。

（2） 失磁保護應確保在低負荷狀態下正確動作，為此需增加發電機失磁保護Ⅲ段。其判據為轉子低電壓+阻抗圓+無功反向判據，以保證在低負荷情況下，發電機失磁后，失磁保護立即動作于切換廠用電或延時作用于停機，以確保廠用電安全。

（3） 由于MFC-2000-3A快切裝置內部已經有“母線PT斷線”的判據（見圖4），因此，可以取消作為閉鎖條件輸入快切裝置的外部PT斷線判據（改造后，見圖3），投入快切裝置內部“母線PT斷線”判據，實現母線PT斷線的檢測。由此可以解決在失壓或其他異常條件下，低電壓繼電器動作不一致導致的快切被“誤”閉鎖，從而避免廠用電中斷事故的發生。

經過以上3項技改措施的實施，確保了滅磁開關跳閘能聯鎖啟動快切，發變組保護在低負荷狀態下其失磁保護能正確動作；避免“低電壓繼電器動作不一致”導致的快切裝置被“誤”閉鎖的發生，確保了快切裝置的正確動作。電廠還計劃在機組檢修時，將與快切裝置有關的重要電氣量接入故障錄波器，從而可以根據事故情況下快切裝置相關信號的錄波，更準確地分析事故。

圖4 快切裝置PT斷線判據

4 結束語

目前有眾多的快切系統設計仍然為外回路接入的“PT隔離開關位置異常”綜合閉鎖信號，在失磁、失步和系統振蕩等異常情況下，均有可能因低電壓繼電器動作特性不一致導致閉鎖信號發出，從而閉鎖快切裝置使廠用電失電，因此必須高度重視這一問題。

從此次快切未成功導致的廠用電中斷事故的分析可以看到，事故的發生及擴大，往往是多重因素導致的。只有在對快切裝置、發變組保護、DCS等設備的詳細分析后，才能查明原因，并提出和采取相應的措施加以解決。快切裝置作為機組廠用電的核心設備，在其設計、改造、施工和運行過程中，必須考慮到影響其正確動作的各種因素，及時采取措施加以改進和完善，確保廠用電在事故情況下的可靠切換。

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2015-06-23；

2015-09-25。

葉朋珍（1983-），男，工程師，從事發電廠電氣檢修管理工作，email：ypzabc2008@163.com。

鄭 文（1972-），女，副教授，主要研究方向為電力系統及其自動化。

濮浩東（1969-），男，高級技師，從事發電廠繼電保護檢修管理工作。