一起廠用電倒閘引起的廠用電LCU控制器重啟事件分析

尹志超

（云南華電阿海公司，云南 麗江674100）

1 引言

某水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與寧蒗縣（左岸）交界的金沙江中游河段，總裝機容量2 000 MW（5×400 MW）。該水電站交流廠用電用于維持生產所需的設備及照明的用電[1]，采用10 kV和400 V兩級電壓供電，10 kV供電系統分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，電源取自與1、3、5號主變相連的11B、13B、15B廠高變，饋線開關經降壓后供電至400 V廠用電母線A、B段；400 V系統按功能及負荷中心分布情況分為機組自用電、公用電、照明用電、壩區用電，均配置A、B兩段母線，電源取自10 kV廠用電母線[2]。10 kV廠用電及400 V廠用電都設有備用電源自投裝置，倒閘操作過程中，允許10 kV或400 V交流母線短時失電。

該水電站曾發生了一起廠用電倒閘引起的廠用電LCU控制器重啟事件，該事件雖未對安全生產造成后果，但事件的本質是直流系統蓄電池組異常導致的重要設備直流電源消失。直流系統主要為廠內繼電保護、自動裝置、信號裝置、主合閘回路提供控制電源、事故后的照明電源及監測電源，即使在發生事故，失去交流電的情況下，仍能對直流用電設備提供不間斷工作電源[3]。若交流倒閘引起直流系統供電異常，導致斷路器、繼電保護、安穩裝置等設備直流電源消失，則可能造成嚴重的“拒動”事故。

2 故障分析

2018年1月20日，該水電站在操作10 kV廠用電Ⅰ段聯絡Ⅱ段運行倒閘為Ⅱ段聯絡Ⅰ段運行的過程中，斷開Ⅰ、Ⅱ段聯絡0102開關、10 kVⅠ段失電后，無法合上10 kVⅠ段進線0011開關，經檢查，10 kVⅠ段相連的全部開關“狀態壞質量”、都無法操作，約2 min后，10 kVⅠ段相連的開關狀態恢復正常，后續倒閘操作得以正常進行。

檢查發現，10 kVⅠ段相連的全部開關“狀態壞質量”的原因為：10 kVⅠ段操作失電后，計算機監控系統現地LCU C01單元（10 kVⅠ段）控制器立即進行了重啟，重啟完成后，10 kVⅠ段相連的全部開關狀態才恢復正常。

2.1 原因查找分析

2.1.1 10 kV廠用電Ⅰ段LCU C01單元供電電源走向

10 kV廠用電Ⅰ段現地LCU C01單元由交直流共2路輸入電源經雙電源供電模塊RP1后供電，交流電源取自10 kVⅠ段供電的400 V第1組供電A段，直流電源取自公用及廠用220 V直流系統Ⅰ段母線。公用及廠用220 V直流系統Ⅰ段母線由400 V公用一組A、B段兩路交流供電。

2.1.2 10 kV廠用電Ⅰ段LCU C01單元控制器重啟經過及原因分析

（1）10 kVⅠ段LCU C01單元控制器重啟的經過

經查詢計算機監控系統相關事件記錄及曲線，確定10 kVⅠ段LCU C01單元控制器重啟經過如下。

1）03:58:30上位機斷開10 kV 0102開關，10 kV廠用電Ⅰ段失電。

2）03:58:30～04:00:23，監控系統未采集到廠用及公用直流系統蓄電池組電壓、Ⅰ段母線電壓、1號充電機電壓、1號充電機電流，說明此期間公用LCU也停止工作（公用LCU與廠用電LCU C01供電都是來自公用1組和公用及廠用直流系統Ⅰ段母線）。根據04:03:50分開0013斷路器，04:04:03合0102斷路器，進行倒換10 kV廠用電時出現的“廠用及公用直流系統Ⅰ段母線電壓”下降至最低163.11 V。推測03:58:30～04:00:23期間“廠用及公用直流系統Ⅰ段母線電壓、蓄電池組”也有壓降現象。

4）03:58:31～04:00:37，上位機采集不到 10 kV Ⅰ段的數據（10 kVⅠ段進線開關、饋線開關位置信號等），說明在此期間廠用電LCU C01停止工作。

5）03:59:18上位機報廠用電LCU C01單元控制器離線。

6）04:00:07廠用電LCU C01單元控制器在線。

7）04:00:23上位機下令合上10 kV 0011進線開關，10 kVⅠ段復電正常。

（2）10 kV Ⅰ段LCU C01單元控制器重啟原因

03:58:30上位機斷開10 kV 0102聯絡開關，直至04:00:23合上10 kV 0011進線開關期間，10 kV廠用電Ⅰ段失電；期間10 kVⅠ段LCU C01單元交流輸入電源失電，LCU C01單元僅由公用及廠用220 V直流系統Ⅰ段母線為其提供輸入電源。

10 kV廠用電Ⅰ段失電后（公用1組A段也同時失電），電源切換裝置將公用及廠用220 V直流系統1號充電柜的電源由公用1組A段切換至公用1組B段。切換裝置進行電源切換期間會出現短時的供電中斷，在供電中斷期間由公用及廠用220 V直流系統蓄電池組為Ⅰ段母線供電。蓄電池在供電后電壓迅速下降，導致了LCU C01單元控制器供電不正常而重啟。

2.2 公用及廠用220 V直流系統Ⅰ段母線蓄電池組放電試驗

為驗證公用及廠用220 V直流系統蓄電池組放電時間是否滿足規程規范要求，輔助分析廠用電倒換過程中出現的LCU現地控制器重啟事件，開始對公用及廠用220 V直流系統蓄電池進行放電試驗。

2.2.1 放電過程

2月2日12：47，完成電池監測模塊接線后，開啟試驗儀器，各蓄電池電壓正常。進入放電界面，點擊放電后約18 s，試驗儀器跳閘，報“監測模塊故障”。檢查發現70號蓄電池無壓，反復確認接線無誤后，用萬用表直流電壓檔進行測試：70號蓄電池四組正負極電壓不一致，其中兩組端子間電壓為0 V，另兩組端子電壓為2.13 V，考慮該蓄電池已損壞，對70號蓄電池進行隔離。70號蓄電池隔離后，又發現26號、76號蓄電池存在同樣異常，也進行隔離。15：13，隔離完70號、26號、76號3節蓄電池后（工作前已經拆掉3號、82號蓄電池），公用及廠用220 V直流系統蓄電池組開始正常放電。經過47 min 46 s，90號蓄電池到達單體下限1.8 V，結束此次公用及廠用220 V直流系統蓄電池組放電試驗，恢復試驗蓄電池組正常充電。

2.2.2 試驗結果

參與放電蓄電池99節（本次工作前已經拆掉3號、82號蓄電池，試驗時拆掉70號、76號、26號），放電電流100 A，單體下限1.8 V，最終放電時長47 min 46 s。放電前組端電壓215 V，放電結束后，組端電壓201.5 V。

2.2.3 試驗結論

對蓄電池組放電過程及放電結果分析：蓄電池組隔離掉異常蓄電池后，不帶負荷前組端電壓較低，帶上負荷后，組端電壓存在無法滿足負荷設備正常工作電壓，從而導致負荷失電問題；放電時長也遠低于規程要求的放電時長[4]。

3 反事故措施制定及執行

3.1 公用及廠用220 V直流系統蓄電池組參數更改及蓄電池緊急采購

將異常蓄電池從蓄電池組中隔離后，還剩下99節蓄電池，對相應充電柜充電參數進行修改：1號充電柜將原均充電壓242 V改為230 V，原浮充電壓232 V改為220 V，原電池節數104節改為99節。

鑒于蓄電池放電時長遠遠低于規程要求，并且存在組端電壓較低無法滿足負荷設備正常供電風險，啟動緊急采購流程，更換不合格的蓄電池組。同時，根據南網的反事故措施要求，配置有兩套蓄電池組的按兩個不同廠家產品來進行采購及使用。

3.2 加強全廠直流系統蓄電池組日常運維及定期充放電試驗

直流系統蓄電池組日常檢查維護工作，包括記錄電壓值數據，與歷史數據比較后分析數據的異常；檢查蓄電池外觀是否存在封裝脹裂、電池液泄漏等；檢查蓄電池電極有無漏液、腐蝕等；對蓄電池的外部進行濕抹布擦拭，做好防塵處理等；檢查時必須做好相關情況的準確記錄，為后續的檢查工作和故障處理提供參考依據。

充放電試驗是針對蓄電池的主要維護方法，能夠對長期應用的蓄電池性能進行科學地檢查，通常試驗需要定期進行，對于存在問題的蓄電池及時予以處理，能夠提前預防蓄電池故障的發生，有效降低直流系統故障風險[4]。若經過 3 次全核對性放充電，蓄電池組容量均達不到額定容量的80 %，可認為此組閥控蓄電池使用年限已到，應安排更換[5]。

將更換下來的故障蓄電池送至專業蓄電池檢測機構檢驗，進一步查明蓄電池質量惡化原因。參考《南方電網閥控鉛酸蓄電池標準技術規范書》等技術標準，完善廠內蓄電池運行及檢修管理標準，并在后續的蓄電池采購中加強質量把控。

3.3 直流系統蓄電池組正常前的交流廠用電倒閘方式

未確定全廠直流系統蓄電池組正常前，廠用電倒閘操作時，必須執行的一個重要的反措要求：防止蓄電池組的充電機交流電源消失，避免蓄電池容量不足導致異常或事故。按如下順序進行倒閘：

（1）交流廠用電倒閘操作前仔細核對圖紙和現場設備，將會受影響的兩段直流母線提前并聯運行；

（2）手動操作切換充電機交流電源到不停電輸入口，檢查無異常后將兩段直流分段運行；

（3）禁止直接用10 kV備自投或直接操作10 kV廠用電進線或聯絡開關的方式倒換廠用電；

（4）400 V廠用電倒換：先逐段操作相應400 V各段母線，減少400 V母線失電時間，并避免多段400 V母線同時失電造成較多負荷由直流母線供電，進而減少對直流母線的負載沖擊；

（5）10 kV廠用電倒換：停電時先斷開各400 V母線開關，后斷開各10 kV饋線開關，最后斷開10 kV進線開關或聯絡開關，送電時相反。

3.4 改變LCU C01單元電源接線

將10 kVⅠ段LCU C01單元交流輸入電源改由400 V公用2組B段供電，正常倒閘操作時，400 V公用2組B段（取自10 kV廠用電Ⅲ段）與公用1組A段（取自10 kV廠用電Ⅰ段）、公用1組B段（取自10 kV廠用電Ⅱ段）不會同時失電，則正常情況下的倒閘操作，可避免10 kVⅠ段LCU C01單元失電重啟。

全廠其它重要設備由交直流兩路電源供電時，在具備條件時，可參照10 kVⅠ段LCU C01單元對輸入電源做接線改造。

4 結論

當廠內交流電源失電后，直流系統通過蓄電池對廠內負載進行供電，以維持電站的正常運行，因此蓄電池的穩定性以及實際容量對保障廠內設備的正常運行起到了重要作用，但是蓄電池在長時間的運行過程中，如某些蓄電池故障導致內阻過大甚至開路，在直流系統轉為蓄電池單獨供電時，瞬時的大電流可能使得蓄電池直接開路，則不能為設備提供足夠的電量，就會引起設備停運，此時若發生機組、主變、線路等故障，由于繼電保護裝置沒有直流電源供電無法正確動作，引起越級跳閘，從而使得事故范圍擴大[6]。

電氣倒閘操作是水電廠運行的重點、難點工作之一，是一項技術含量較高的事故高發工作，運行人員在操作前需要熟悉運行方式、一二次設備性能和相關規程，做好危險點分析與預控，才能從中優化出最佳的操作方法，進而有效控制誤操作。如何安全、可靠地執行電氣倒閘操作，是水電廠運行人員必備的核心技能[7]，廠用電倒閘操作是水電廠較頻繁、較復雜的電氣倒閘操作之一，運行人員不應由于廠用電倒閘是較日常的電氣倒閘操作就忽視了其危險性和重要性。操作前做足危險點分析及預控，特別應充分預估交流失電對直流系統及調速器油泵等重要設備的影響，盡量從反事故措施的角度，在操作過程中杜絕對直流系統及重要設備可能造成的風險，確保廠用電倒閘操作安全、可控。