火電機組電氣和熱工保護不正常動作隱患排查及治理措施

張仲琪

（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

“十二五”期間，我國大機組可靠性水平整體邁向一個新臺階，全國主力發電機組等效可用系數近年來始終維持在90%以上的高位。10萬千瓦及以上容量等級火電機組年平均非計劃停運次數由2010年0.65臺次（2012年和2014年分別是0.60臺次、0.48臺次）下降至2016年的0.35臺次，這對我國火電機組發電量占71.6%的電源結構意義非凡。全年“零非?！睓C組逐漸成為主流，最高創下了在網連續運行超過1 000天的記錄[1]。電氣保護和熱工保護兩大系統長期穩定運行、可靠正確動作，是確保電網穩定運行的關鍵，是火電機組控非停工作的主要內容。因此，分析總結機組投運后影響火電機組電氣、熱工保護可靠性的典型問題，進一步優化改善切實可行的控非停措施，提高機組可靠性，使其更加安全、穩定與經濟地運行。需要說明的是，本文對不正常動作的定義為保護誤動作、人為失誤、邏輯缺陷、硬件故障和天氣等原因造成的保護動作。

1 典型案例分析

1.1 反措執行不徹底，隱患排查不深入，導致機組非停

對反措認識不足，執行停留在表面，沒有深入排查現場實際情況；因生產管理、人員結構等問題，造成隱患排查不深入、不全面；排查方式單一、機械，不能廣泛挖出存在的隱患；隱患治理工作推進遲緩，導致發生機組非停事件。

1.1.1 案例一

電網發生近距離接地故障，地網中接地故障電流大，500 kV升壓站二次等電位地網不完善抗干擾能力低，發變三跳啟失靈開入光耦動作功率低，導致2臺600 MW機組同時跳閘事故。某電廠500 kV升壓站為3/2接線方式，2006年08月12日，二回線發生C相瞬間接地故障，故障點距電廠47.3 km，線路保護正確動作。上述故障發生的同時，1號機串5021、5022開關和2號機串5031、5032斷路器保護，因C相瞬間故障導致突變量啟動。同時斷路器保護分別接收到#1、#2發變三跳失靈啟動信號。73 ms后，上述4臺斷路器同時跳開，#1、#2機組停運。斷路器保護接收到發變三跳啟動失靈信號原因為二回線發生單相接地故障時，#1、#2主變高壓側中性點共有約6.5 kA的故障電流注入地網。該電流使電廠地網地電位上升，并對二次回路產生了電磁干擾。發變組保護啟動5021、5022、5031、5032斷路器保護“發變三跳失靈”回路電纜較長（770 m），失靈光耦動作功率非常低，約0.067 W。由于二次電纜的分布電容效應、地網故障電流及電位的變化，導致4套斷路器保護的發變三跳失靈光耦導通。經查，該廠未進行等電位二次網的相關設計，未落實“《防止電力生產事故的二十五項重點要求》[2]（2014版）關于“敷設與廠、站主接地網緊密連接的等地位接地網”的要求。

檢查過程。根據圖紙并結合現場實際情況，對#1、#2號發變組串間隔所有二次交、直流回路絕緣進行測試，電阻值均大于1 MΩ，未發現異常。在5031斷路器保護柜發變三跳起失靈回路，將兩電纜芯在發變組保護保護屏短接，測得電阻為8.046 Ω，單芯電阻為4.023 Ω；將其中一芯電纜接地，測得電阻為3.947 Ω；將兩芯合并接地，測得電阻為2.1 Ω。一芯電纜中加入100 V交流電壓，測量充電電流為6 mA，單芯對地分布電容約0.19 μF；在兩芯之間加入100 V交流電壓，測量充電電流為2.7 mA，芯間分布電容約0.086 μF，電纜長度為770 m。此外，發變三跳啟動失靈電纜對地、芯間存在較大分布電容。

以對斷路器保護柜內“發變三跳啟失靈”開入光耦和斷路器分相操作箱內跳閘繼電器進行動作功率測試（以5031斷路器保護（南自PLS632）為例，各繼電器動作功率在0.7～1.4 W，其中發變三跳啟失靈光耦動作功率僅為0.067 W，動作電流為1 mA。

防范措施。第一，升級改造南自斷路器操作箱跳閘內繼電器板，將發變組保護（GE）、線路保護（上海繼電器和GE）中所有跳閘中間繼電器和三跳啟失靈光耦、縱聯保護遠跳光耦，更換為啟動功率不小于5 W的大功率繼電器；將發電機變壓器的非電量保護（動作于跳閘的）開入增加動作功率不小于5 W的大功率中間繼電器。第二，在廠房、網控及之間的電纜隧道內，敷設截面積100 mm2的裸銅纜，并與主接地網緊密連接。在就地端子箱保護盤柜下電纜夾層、保護盤柜下，按反措要求敷設100 mm2的裸銅排（首尾相連），通過不少于4根截面積不小于50 mm2的裸銅纜與主接地網緊密相連，同時等電位接地網可靠連接。將各二次電纜屏蔽層緊密與盤柜內接地銅排相連。緊密程度為確保主接地網與二次等電位接地網之間電阻小于0.01 Ω。

1.1.2 案例二

600 MW發電機勵磁系統（ABB UN5000）因整流柜冷卻風機電源故障導致機組跳閘。2009年5月24日，某廠#1機組因勵磁系統整流柜內風機電源消失導致機組停機。機組運行過程中，由于振動等原因使本已松動的風機工作電源電壓采樣線脫落（誘因），導致風機電源由工作向備用進行切換。切換過程中，由于恰工作電源繼電器接點粘聯，導致兩路電源發生并聯而產生大電流，過流導致兩路電源開關跳閘，造成兩路風機電源消失。

電源切換繼電器接點容量較小，接點額定電流為5 A，回路設計時采用兩副接點并聯。風機正常運行電流約為9 A。廠級設計時沒有考慮接點動作的一致性，沒有充分考慮設備長期在環境溫度較高、周圍環境較惡劣。因此，較多灰塵可能進入接點之間，導致觸點閉合時不能夠充分接觸而造成觸點間拉弧，而長時間會造成個別觸點粘連的情況。此外，沒有充分考慮風機啟動及切換時承受的至少25 A電流，大電流對接點灼傷可能會導致接點粘連的情況，因此在分斷若干次大電流后，繼電器觸點會灼傷。針對以上分析，對ABB勵磁系統整流柜冷卻風機電源切換回路進行改造，將電源切換繼電器更換為單付接點容量為30 A的接觸器，有效避免由于接點容量不足導致灼傷粘連的問題。該接觸器具有合閘和跳閘兩副線圈。改造后，未發生過缺陷或異常情況。

1.1.3 案例三

單點取樣使保護抗干擾能力差，存在誤動作隱患。某廠600 MW發電機斷水保護原理：在發電機定子冷卻水泵出口直管段布置一臺流量孔板，為單一取壓管路方式，后經管路并聯后，分別送至3個發電機斷水保護開關和1個送DCS模擬量的流量變送器。定子冷卻水取樣通過一套三閥組送至3臺差壓開關，再就地通過硬接線實現三取二后，送入發變組非電量保護柜啟動斷水保護。

采用單一取壓方式，抗干擾能力差。若流量孔板取壓管路堵塞或滲漏，會導致三個差壓開關同時誤動作或拒動作，同時對流量變送器測量造成波動，使定子冷卻水系統失去控制；負壓側排污門被誤碰、誤關隔離門或誤開平衡門、定冷水系統取樣管路波動，容易造成定冷水流量低的假象，進而使三個差壓開關同時動作，誤發流量低信號，即存在保護誤動作隱患。

改造后，由單路取壓優化為四路取壓方式，消除了誤碰或因操作不當導致設備誤動作的風險。采用多路熱工信號攝取方法，減少了檢測回路自身的誤動作率，有效降低了熱工信號、保護的誤動作率，提高了可靠性。

1.2 日常維護和等級檢修質量不高、“三誤”防范措施執行不到位

日常維護過程中，特殊季節忽視廠房內因管道閥門呲裂或屋面防水質量不高引起的漏水導致室內就地電熱設備進水；忽視夏季高溫多雨天氣對電熱設備耐高溫和防水措施的落實；忽視冬季防寒防凍工作的細節落實，如室外取樣管伴熱保溫、保溫箱控制箱內加熱系統運行狀況；忽視定期工作執行的質量；忽視隱蔽區域設備的管理；忽視高溫區域執行器、控制箱防高溫措施的制定和落實；忽視對關鍵電熱設備的日常巡檢質量，缺失設備健康狀況分析，未能及時深入進行異常和缺陷分析等。

等級檢修過程中，由于生產管理漏洞，生產崗位人員經驗不足，機組檢修前沒經過全面科學的系統診斷，導致檢修項目策劃缺失、質檢點缺失等問題。對盤柜接線、固定、密封、防寒、防水、絕緣檢查、對線、屏蔽檢查、設備檢驗試驗傳動等各環節檢修質量不高；管理人員驗收把關不嚴格、不細致，導致等級檢修質量出現問題。

防“三誤”措施落實不到位。從業人員在工作中發生誤碰、誤接線和誤整定不安全事件，是電力行業一直以來的頑疾。各廠均能認識到該項工作的重要性，也都有一套比較完整的防范體系，但還是會發生問題。究其原因，在于執行環節出了問題。比如，弱化保護投退授權管理，對裝置電源發生失電防范措施落實不利；盤柜上交直流端子沒有分開布置或者沒有顏色區分，可能會導致誤碰和誤拆接線；公用系統檢修時，沒有嚴格執行拆接線、加量雙核對措施；圖紙修訂、定值修訂管理弱化，檢修后圖紙變更不及時，審批不規范，版號交叉存在，錯用圖紙和定值；機組運行期間，運行時消缺管理組織不當。

2 治理措施

上述三大類電氣、熱工保護系統非停事件或隱患，歸根到底還是人的問題。從設計人員、制造廠家、調試單位、監理單位和發電廠從業人員，在圖紙審查、反措落實、吸取教訓、責任制落實、基礎管理和細節把握等方面均存在或大或小的問題。根據以上分析，提出以下應對措施。

2.1 科學設計電氣熱工保護

必須嚴格落實《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中的各項內容，尤其是對涉網保護關于嚴格雙重化配置、保護選型、保護配置設計及二次回路、電源配置、接地抗干擾、防止繼電器誤動作和重要保護禁止單點取樣等相關要求。要科學設計電氣熱工保護，選用技術成熟、性能可靠和質量優良的產品，從源頭消除隱患。

2.2 繼續夯實基礎工作

近些年，我國在繼電保護裝置、熱工儀表制造水平方面有了大幅提高，電廠從業人員的工作主要集中在二次回路和對裝置的熟悉上，以便出現問題時做出及時準確的判斷和處理。

2.2.1 打好“基本理論”的基礎

對電廠從業人員進行再培訓。對類似于控制電纜二次屏蔽、等電位接地網和長電纜分布電容對繼電器動作的影響，從理論層面進行講解，有必要再對基礎知識進行培訓。扎實掌握基礎知識，結合現場進行積極思考，對提高從業人員技能水平十分關鍵。

2.2.2 打好“熟悉現場”基礎

熟悉整個系統配置、工作電源布置方式和網絡布置情況等；熟練掌握各類二次線纜頭尾布置，中間過渡轉接箱，電纜走向，空間布置方式（室外、室內、溝道、槽盒、穿線管）；熟悉各處接線情況、接地點布置；熟悉各系統設計院竣工圖紙和廠家圖紙，必須確保現場接線是正確的；進行圖紙的及時修編，使圖紙與現場保持一致；熟悉設備所處的環境。

2.2.3 打好“基礎管理”基礎

制定出規范電氣熱工人員的工作標準，通過強化標準作業，確保工作的質量和安全，如日常巡檢標準、定期工作標準、特殊設備特巡標準、隱蔽區域定期工作標準和拆接線作業標準（二次工作措施票）、保護投退作業標準、風險預控標準、到崗到位標準和就地設備固定接線作業標準等；培養出熟悉現場、技能水平高、具備異常分析深入的電氣熱工從業人員；在現場深入有效地開展保護定檢、日常消缺維護、隱患排查、強化異常和缺陷分析等工作，切實提高二次系統可靠性；定期進行檢驗和校對，驗證回路、動作邏輯的正確性，做到不超期、不漏項，校驗按規程要求進行[4]。

2.3 完善優化隱患排查工作方式，建立標準化的隱患排查治理機制

2.3.1 基本內涵

機組非停風險按照系統、設備和部件逐級進行分解。首先，確定可能產生非停的系統，再將引起該系統故障的風險點分解到各單體設備上，然后到部件上，將風險盡可能分解到每一個小的故障點；明確責任專業、確定責任人、制定方法措施及檢查方法，確保隱患排查工作的可行性和實效性；落實責任制，努力實現風險防控過程的可控；定點、定時間、定周期、定人員、定方法，以標準化的方式在設備管理過程中開展設備隱患排查工作；使隱患排查工作與定期工作、專項安全檢查和季節性檢查常規基礎工作相結合；與設備檢修相結合，吸取兄弟電廠非停事故教訓，單點保護排查、邏輯定值排查、欠修設備排查和隱蔽區域設備排查等，建立隱患排查的長效機制。

2.3.2 具體實施方法

（1）以機組非停最直接因素——機組主保護動作為排查對象，編制機組非停風險隱患排查對策表、機組檢修隱患治理執行表以及日常維護隱患治理執行表，分析造成機組非停的風險因素，對各個風險因素按照系統（一級風險）、設備（二級風險）、部件（三級風險）三級進行逐級風險分析，并制定防范措施和檢查周期，明確責任專業[3]。例如，EH油壓低為主保護出口，針對此保護進行風險分解。一級風險為EH油壓低三值動作保護出口；二級風險包括調門伺服閥固定螺栓斷裂、EH油壓取樣管跑油、油泵故障不打油或聯啟失??；三級風險為壓力開關接線接地或短路等。

（2）建立日常、小修、大修“控非?！惫ぷ饔媱?，實施全程驗收。工作計劃要吸取兄弟電廠非停事故教訓，使單點保護排查、邏輯定值排查和欠修設備排查相結合。

（3）重點時段開展專項隱患排查。以春秋檢、度夏迎峰和冬季四防等活動為載體，開展重要設備的隱患排查。嚴格執行電纜防火標準，做好電纜孔洞封堵工作；定期開展針對性的檢查，重點防止端子松動、端子箱（柜）進水（結露）和電纜（引線）受外力沖擊中斷等；結合季節特點，制定防止因潮濕、寒冷、高溫和大風等因素可能引起的保護誤動措施，并對措施落實情況進行檢查。

（4）機組運行時期，應對因檢修剛投運設備或帶病運行設備實施特別巡視檢查制度，開展深入的定期精密體檢、傾向管理和性能評價。

（5）強化防非停工作日常管理。一是對設備缺陷進行分級管理，建立“防非?！鳖愒O備缺陷處理機制，明確“防非?！比毕輵碧幹脵C制和組織措施。缺陷處理前，制定有針對性的防范措施，相關人員需全程跟蹤處理過程。二是制定防非停保障措施，細化防非停類設備巡檢和定期維護工作，梳理影響設備非停的關鍵因素，針對性地編制日常設備“防非?！北Ｕ洗胧?，每周檢查“日常零非停保障措施”的執行情況，形成了日常維護管理防非停的監督檢查常態化管理。三是強化單體設備“非?！惫芾恚吭聦误w設備跳閘和設備強迫停運檢修進行統計，從技術、管理兩個方面進行原因分析，并針對性地制定防范措施，加強對異常和缺陷的分析。四是建立人員誤操作、誤碰、誤接線和誤整定導致非停管理。操作過程嚴格分步式指認交底，使用執法記錄儀進行全程監控。部門和安監部每周檢查操作錄音、監控視頻，杜絕人員誤操作引起的機組非停。建立二次拆接線作業標準（二次工作措施票），保護投退作業標準、工作風險預控標準、工作風險預警制度[4]、到崗到位標準和就地設備固定接線作業標準；每年核算繼電保護定值，根據系統變化，計算短路電流，核算靈敏度，且每次大小修時核對定值。

3 結 論

通過對隱患排查方式方法細化，建立一套標準化的控非停隱患排查治理體系。以“非停就是事故，異常就是命令”的心態，以“從細節入手、從基礎做起”的工作態度，摸清設備底細，建立健全安全生產隱患排查治理長效機制，實現安全生產的隱患排查、有效治理和持續改進的全過程管理，真正實現設備本質安全。

[1] 中電聯可靠性管理中心.2016年全國電力可靠性指標[Z].2017-12-15.

[2] 國家能源局.中國電機工程學會.《防止電力生產事故的二十五項重點要求》輔導教材[Z].2014.

[3] 大唐國際王灘電廠.設備隱患排查管理辦法[Z].2014-05-07.

[4] 神華國神集團山西魯能河曲發電有限公司.電控車間非停隱患排查實施細則[Z].2017-10-10.