機(jī)組發(fā)電狀態(tài)下折向器自動(dòng)關(guān)閉的原因分析

周 愨，胡元鋒，劉 勇

（北方國(guó)際合作股份有限公司，北京100040）

1 電站、機(jī)組概況

南湃（Nam Phay）水電站位于老撾萬(wàn)象省北部Phoun區(qū)，壩址位于南俄河（Nam Ngum）支流南湃河（Nam Phay）上游峽谷，南俄河（Nam Ngum）是湄公河的1級(jí)支流。水庫(kù)正常蓄水位1140 m，設(shè)計(jì)洪水位1141.7 m，校核洪水位1143.49 m，水庫(kù)總庫(kù)容2.059億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.326億m3，電站廠房位于南樂(lè)克河右岸。

本電站為引水式電站，裝設(shè)2臺(tái)沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)的型號(hào)為：CJC 601-l-180/4×14.5，發(fā)電機(jī)的型號(hào)為：SF43-10/3900，總裝機(jī)容量86 MW（2×43 MW），額定轉(zhuǎn)速 600 r/min，額定水頭700 m，額定流量14.03 m3/s。發(fā)電機(jī)出口額定電壓11 kV，額定頻率50 Hz。設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量約4.2億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4878 h。

1號(hào)機(jī)組于2017年5月4日完成72 h試運(yùn)行，2號(hào)機(jī)組于2017年5月8日完成72 h試運(yùn)行，現(xiàn)已并網(wǎng)發(fā)電。

2 事件經(jīng)過(guò)

事件發(fā)生前2臺(tái)機(jī)組均滿負(fù)荷運(yùn)行，廠用電運(yùn)行方式為2號(hào)廠用變帶I、II段400 V母線運(yùn)行。南湃水電站電氣主接線圖見(jiàn)圖1。

圖1 南湃水電站電氣主接線圖

2017年6月6日12：22：36，主廠房發(fā)電機(jī)層傳出異響、聲音忽高忽低，極其刺耳，似機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)發(fā)出的聲音，同時(shí)中控室監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警窗口報(bào)出：1號(hào)（2號(hào)）機(jī)組1號(hào)（2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)）折向器全關(guān)信號(hào)投入；12：23：07實(shí)時(shí)報(bào)警窗口又報(bào)出：1號(hào)（2號(hào)）機(jī)組1號(hào)（2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)）折向器全關(guān)信號(hào)退出；至 12：24：15，在此 1 min 39 s內(nèi) 2 臺(tái)機(jī)組折向器反復(fù)關(guān)閉開(kāi)啟3次。當(dāng)值運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象后，當(dāng)即通過(guò)中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，查看機(jī)組發(fā)電機(jī)出口斷路器、主變高壓側(cè)斷路器、115 kV出線斷路器狀態(tài)，上述斷路器均處于合閘位置，2臺(tái)發(fā)電機(jī)仍處于發(fā)電狀態(tài)。監(jiān)控后臺(tái)部分報(bào)警信息見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)控后臺(tái)部分報(bào)警信息

為安全起見(jiàn)，當(dāng)值運(yùn)行人員于12：24：21對(duì)1號(hào)機(jī)組執(zhí)行了正常停機(jī)命令：1號(hào)機(jī)組自動(dòng)降負(fù)荷至800 kW 后自動(dòng)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器，逆變滅磁后，調(diào)速器正常停機(jī)；12：24：33對(duì)2號(hào)機(jī)組執(zhí)行了緊急停機(jī)操作：2號(hào)機(jī)組滿負(fù)荷情況下同時(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器、滅磁開(kāi)關(guān)，關(guān)閉進(jìn)水口球閥，調(diào)速器緊急停電磁閥動(dòng)作，同時(shí)值班人員向老撾電網(wǎng)調(diào)度NCC電話匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況。12：41：192臺(tái)機(jī)組停機(jī)完畢。在2號(hào)機(jī)組緊急停機(jī)過(guò)程中400 V廠用電備自投動(dòng)作，廠用電運(yùn)行方式自動(dòng)切換至22 kV外來(lái)電帶I、II段400 V母線運(yùn)行。停機(jī)完畢后，當(dāng)值運(yùn)行人員立即電話通知安裝單位及廠家相關(guān)人員，并上報(bào)電站領(lǐng)導(dǎo)。

3 檢查與分析過(guò)程

2017年6月6日13：00時(shí)，事件處理小組到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，聽(tīng)取當(dāng)值運(yùn)行人員事件描述后，隨即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行排查。

3.1 調(diào)速器檢查情況

檢查2臺(tái)機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)。2臺(tái)機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)觸摸屏故障報(bào)警窗口均無(wú)異常告警，且折向器位置顯示與實(shí)際相符。折向器就地位置顯示見(jiàn)圖3。

圖3 折向器就地位置顯示

3.2 繼電保護(hù)裝置檢查情況

查詢2臺(tái)機(jī)組發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置告警記錄：1號(hào)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置“頻率異常”保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作值為55.6 Hz。2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置無(wú)告警信息。查詢主變、115 kV線路保護(hù)裝置告警記錄，均無(wú)告警信息。

3.3 故障錄波裝置檢查情況

查詢故障錄波裝置告警記錄: 115 kV線路“頻率越上限”告警，且動(dòng)作時(shí)間與水輪機(jī)折向器自動(dòng)關(guān)閉的時(shí)間吻合。

3.4 分析過(guò)程

處理小組通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)及記錄進(jìn)行分析，初步判斷：電網(wǎng)頻率異常波動(dòng)是2臺(tái)機(jī)組水輪機(jī)折向器自動(dòng)關(guān)閉的起因。

3.4.1 調(diào)速器自身保護(hù)功能

查看2臺(tái)機(jī)組調(diào)速器設(shè)置參數(shù)：甩負(fù)荷確認(rèn)頻率 50.3 Hz；甩負(fù)荷時(shí)，折向器關(guān)閉頻率為52 Hz，折向器開(kāi)啟頻率為50.3 Hz。調(diào)速器參數(shù)見(jiàn)圖4。

圖4 調(diào)速器參數(shù)

通過(guò)對(duì)調(diào)速器參數(shù)的查詢以及跟廠家電話溝通后，確認(rèn)當(dāng)機(jī)組頻率超過(guò)50.3 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)將判定機(jī)組進(jìn)入甩負(fù)荷狀態(tài)。在此過(guò)程中，當(dāng)機(jī)組頻率超過(guò)52 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉折向器，降低機(jī)組頻率。隨著頻率的下降，當(dāng)機(jī)組頻率下降至50.3 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)將自動(dòng)打開(kāi)折向器（備注：折向器全關(guān)時(shí)，射流無(wú)法沖擊轉(zhuǎn)輪；折向器全開(kāi)時(shí)，射流可沖擊轉(zhuǎn)輪）。

當(dāng)機(jī)組處于并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，機(jī)組頻率和電網(wǎng)頻率基本一致，因此，當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)（55.6 Hz），機(jī)組頻率也隨之波動(dòng)，最終導(dǎo)致2臺(tái)機(jī)組調(diào)速器過(guò)頻保護(hù)動(dòng)作。

3.4.2 調(diào)度反映的情況

與老撾電網(wǎng)調(diào)度NCC核實(shí)：該事件發(fā)生時(shí)老撾中部電網(wǎng)（本站所接電網(wǎng)）確有2個(gè)電站的機(jī)組相繼出現(xiàn)甩負(fù)荷的情況。

4 處理結(jié)果

4.1 恢復(fù)運(yùn)行

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及記錄分析，并與老撾電網(wǎng)調(diào)度核實(shí)：本次事件起因?yàn)槔蠐胫胁侩娋W(wǎng)頻率異常波動(dòng)，造成機(jī)組調(diào)速器過(guò)頻保護(hù)正常啟動(dòng)，自動(dòng)關(guān)閉折向器，機(jī)組頻率降低后，再次開(kāi)啟折向器，非電站設(shè)備故障引起。同時(shí)，當(dāng)值運(yùn)行人員出于設(shè)備安全考慮，避免事故擴(kuò)大，將2臺(tái)機(jī)組人為停機(jī)，屬于正常操作。2臺(tái)機(jī)組通過(guò)例行檢查后，于當(dāng)日15：35時(shí)并網(wǎng)發(fā)電，并滿負(fù)荷運(yùn)行，400 V廠用電帶電方式也隨即恢復(fù)原狀。

4.2 增設(shè)保護(hù)功能

老撾電網(wǎng)容量小，雨季期間又極易發(fā)生線路故障，電網(wǎng)異常波動(dòng)，電站初始設(shè)計(jì)并未考慮到這種情況，為保障電站設(shè)備及人員的安全，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免機(jī)組及其他機(jī)電設(shè)備因電網(wǎng)頻率異常出現(xiàn)不可逆的損害，經(jīng)電站技術(shù)人員及廠家探討研究，在115 kV出線及旁路微機(jī)繼電保護(hù)裝置增設(shè)欠頻、過(guò)頻保護(hù)功能，2臺(tái)發(fā)電機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置增設(shè)低頻保護(hù)功能，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)發(fā)生頻率異常的時(shí)候，可通過(guò)繼電保護(hù)裝置迅速地切斷機(jī)組與電網(wǎng)的聯(lián)系，并且啟動(dòng)事故停機(jī)流程，以達(dá)到保護(hù)本站機(jī)組的目的。

4.2.1 線路保護(hù)裝置增設(shè)保護(hù)功能情況

2條115 kV出線及旁路微機(jī)繼電保護(hù)裝置增設(shè)欠頻、過(guò)頻保護(hù)功能。

（1）增設(shè)欠頻保護(hù)功能，定值47 Hz，延時(shí)0.5 s，動(dòng)作于115 kV出線斷路器跳閘。

（2）增設(shè)過(guò)頻保護(hù)功能，定值51.6 Hz，延時(shí)0.2 s，動(dòng)作于115 kV出線斷路器跳閘。

（3）115 kV線路保護(hù)柜增加“頻率異常”功能硬壓板，分別用于欠、過(guò)頻保護(hù)。鑒于雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)尚未完成，若單機(jī)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)投入上述壓板；若雙機(jī)運(yùn)行，應(yīng)退出上述壓板。

（4）廠家在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中增加“電網(wǎng)頻率過(guò)高”、“電網(wǎng)頻率過(guò)低”告警信號(hào)。當(dāng)電網(wǎng)頻率超過(guò)50.5 Hz或低于49.5 Hz，監(jiān)控系統(tǒng)將自動(dòng)彈出報(bào)警信號(hào)，以示提醒。

4.2.2 2臺(tái)發(fā)電機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置增設(shè)低頻保護(hù)功能

（1）鑒于115 kV線路微機(jī)繼電保護(hù)裝置已增設(shè)過(guò)頻保護(hù)功能，同時(shí)調(diào)速器系統(tǒng)在頻率超過(guò)52 Hz時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉折向器，因此發(fā)電機(jī)保護(hù)不再增設(shè)過(guò)頻保護(hù)功能。

（2）為防止電網(wǎng)崩潰后，本站機(jī)組帶整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)保護(hù)增設(shè)低頻保護(hù)功能：動(dòng)作值48 Hz，延時(shí)1 s，動(dòng)作于發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘，同時(shí)啟動(dòng)機(jī)組電氣事故停機(jī)流程，并在發(fā)電機(jī)保護(hù)屏上增加“頻率異常”功能硬壓板。

4.3 保護(hù)增設(shè)試驗(yàn)結(jié)果

本站115 kV線路保護(hù)增設(shè)欠頻、過(guò)頻保護(hù)功能技術(shù)改造工作于2017年7月29日全部完成，115 kV線路分別于2017年7月30日17：12時(shí)、2017年 7月 31日 19：38時(shí)、2017年 8月 1日 21：51時(shí)出現(xiàn)了電網(wǎng)波動(dòng)頻率異常事故，保護(hù)均可靠動(dòng)作，跳開(kāi)2條115 kV線路出線斷路器，機(jī)組并未出現(xiàn)折向器連續(xù)自動(dòng)關(guān)閉打開(kāi)現(xiàn)象，并自動(dòng)轉(zhuǎn)為帶廠用電運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)機(jī)組的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

老撾中部電網(wǎng)高壓輸電線路基本位于丘陵地帶，雨季期間，極易出現(xiàn)線路故障，造成所在區(qū)域發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的事件發(fā)生。同時(shí)老撾中部電網(wǎng)容量偏小，且水電站為基荷電源，電網(wǎng)波動(dòng)較頻繁。因此，通過(guò)繼電保護(hù)裝置快速切斷機(jī)組與電網(wǎng)的聯(lián)系，并讓機(jī)組安全穩(wěn)定地帶廠用電運(yùn)行，是很有必要的。