一起油田電網故障處理時同期并網事故的分析

蒲 軍

一起油田電網故障處理時同期并網事故的分析

蒲 軍

（中石化西北油田分公司，新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600）

塔河油田電網因一條輸電線路故障跳閘變成孤網，通過另一條輸電線路進行同期并網操作時，發生了非同期并網，導致事故擴大化，造成油田大面積停電。表面上看，同期裝置故障是事故原因，但通過事故調查發現，調度員的錯誤調度命令是主要原因。本文將詳細介紹事故發生經過和開展的事故調查，提出相關建議和技術改造，對其他具有相同情況的電網具有參考意義。

同期裝置；頻率差；相位差

0 引言

電網并網需滿足同期三要素：電壓相等，頻率相同和相位一致[1]。非同期并網對電網存在很大的危害，特別當電壓相位差180°時，沖擊電流最大[2]。發生非同期并網后，應查看故障錄波，檢查同期裝置的整定值和同期試驗[3]。防止發生非同期事故的措施有同期技術改造、同期定值優化、提高調度員的事故處理能力和完善應急預案等[4]。

位于新疆塔克拉瑪干沙漠北部邊緣的塔河油田電網，擔負著三區五縣約2.6萬余km2的油氣生產和生活用電。在油田電網運行中，發生了一次電網故障處理時同期并網事故。

1 事故電網運行方式

油田電網的供電電源有巴州電網、阿克蘇電網和兩個自備發電廠。

事故前，電網分網運行，具體情況為阿克蘇電網、發電一廠和發電二廠帶油田主體電網，巴州電網帶采油一區10kV配電網，并網開關為發電一廠的110kV母聯1150開關。如圖1所示。

圖1 塔河油田電網主構架圖

2 事故發生經過

9月23日01:18，油田主體電網110kV布四聯線接地保護跳閘，油田主體電網與阿克蘇電網解網，成為孤網，由自備發電廠帶負荷。為提高電網運行可靠性，電力調度員決定將油田主體電網并入巴州電網。

調度員未分析兩邊電網的并網條件[1]，給發電一廠的運行員下發了同期調度令。運行員在并網操作中，前兩次同期合閘未成功，第三次同期操作時開關合閘成功。但合閘后，兩個自備發電廠的所有發電機組相繼保護跳機，并網開關也保護跳閘，發生油田主體電網失電事故。

3 事故調查經過和原因分析

事故發生后，電氣技術組開展了以下調查工作并進行分析。

3.1 故障錄波調閱

調閱故障錄波，如圖2所示。

從故障錄波圖可以得到1150母聯開關閉合時間為9月23日01:32:32:536，即并網時間。將并網時兩側電網同期電壓幅值、相位和頻率整理成表，同時計算出差值填入表1中。

圖2 電網相位差圖

電壓差為

表1 故障錄波記錄表

故障錄波記錄表的差值是同期動作值，與同期保護定值單表2比較可知：

表2 同期保護定值單表

1）電壓相位差194.47°，大于定值18°；電壓幅值差為89.11V，大于定值8V；電壓頻率差0.76Hz，小于定值0.8Hz；只有電壓頻率差滿足同期條件。

2）同期裝置只有在電壓頻率差、幅值差和相位差3項數值同時達到條件，同期裝置才出口開關。而實際情況為，電壓幅值差和相位差均未達到同期定值，同期裝置卻出口了開關，說明同期裝置存在問題。

3）電網并網時間點的電壓相位差194.47°，屬于嚴重的非同期合閘，相當于系統發生了短路故障[2]。

3.2 非同期并網的危害性分析

非同期并網，由于兩個電網的電壓差很大，開關合閘時會產生很大的沖擊電流，巨大的沖擊電流對發電機、變壓器和電力系統造成嚴重沖擊。發電機組將發出強烈的振動，使發電機組繞組變形甚至燒毀。對整個電力系統來說，系統將會發生功率振蕩，嚴重擾亂整個系統的正常安全運行，造成整個電網的崩潰[1]。

電網并網的沖擊電流計算[1]如下

從上式可以看出，并網沖擊電流大小同兩邊電網的電壓差、相位差和系統短路阻抗有關系。此次并網由于相位差194.47°，電壓差為9 020V，沖擊電流很大。

3.3 同期裝置校驗

1）同期裝置采樣

用繼保儀對同期裝置進行電壓數據采樣，發現裝置的同期電壓頻率采樣值存在數據固化，始終為50.1Hz，說明同期裝置存在死機。

重啟裝置后，電壓采樣值恢復正常。

2）校驗同期定值

試驗數據見表3。

表3 同期試驗記錄表

結果：同期保護動作正確。

3）同期裝置誤動作分析

（1）同期裝置運行超10年，裝置里面的電子器件老化，可靠性降低。

（2）運行員同期操作不符合規范是裝置誤動作的直接原因。同期裝置工作原理為打同期把手的“同期”位后，裝置開放40s尋找同期點，若達到同期條件則出口開關合閘，否則40s后報“同期失敗”，才能開始下一次同期操作。

本次同期操作，由于調度員下達錯誤同期操作令，兩邊電網未達到同期條件，裝置判同期失敗是正確的。運行員不知情，頻繁同期操作，且每次操作間隔小于40s，導致裝置死機。

4 采取措施

4.1 對同期裝置進行雙冗余改造

同期裝置為電子產品，必然存在可靠性問題，通過加裝機械式同期繼電器，實現雙冗余判斷，可避免其中一個同期裝置損壞造成非同期并網事故。

雙冗余同期需注意同期定值的整定和配合，特別是相位定值。如果相位定值設置偏小，并網成功率低。如果相位定值設置偏大，對電網的沖擊大。

下面介紹一種相位定值配置方法：機械式同期繼電器的相位差定值設為20°，用作防非同期閉鎖；同期裝置的相位差定值整定設為12°，作為同期 判斷。

4.2 同期定值優化

原同期定值電壓差8V，相位差18°，同期頻率差0.8Hz，考慮開關60ms的動作特性，最大沖擊電流計算為

最大沖擊電流154.8A，超過發電一廠的3臺12MW的發電機組承受能力，應該將定值調小。

根據電網抗沖擊能力，整定定值為電壓差4V，相位差12°，同期頻率0.3Hz。整定后最大沖擊電流計算為39A。

4.3 信息化改造

本次電網同期事故，電調員的錯誤調度令是其中一個原因，但電調室沒有電網電壓實時波形的監測設備也是一個原因。

電調室建立遠程故障錄波系統，可實現電網電壓實時波形監測，再通過調節5臺發電機組的勵磁電流和閥門開度，可調節油田電網電壓的幅值和 頻率。

4.4 定期校驗同期裝置

為防止同期操作時同期裝置故障，定期校驗同期裝置，如做假同期試驗。

4.5 規范同期操作

操作人員在同期并網操作前，應檢查同期裝置和機械式同期繼電器，必要時對同期裝置重上電。同期操作嚴格遵守操作流程，兩次操作必須間隔40s，等同期裝置顯示“同期判斷失敗”才可進行下一次操作。

4.6 提高調度員業務能力

提高調度員對事故情況下電網特殊運行的認識、分析和處理能力[4]。

4.7 完善應急預案的編制，并定期演練

完善獨立網運行、頻率異常、電壓異常的應急預案，定期同期操作演練[4]。

5 結論

此次油田電網同期并網事故，調度員未分析兩邊電網是否具備并網條件，下達錯誤調度命令是主要原因。操作人員的同期操作不符合規范，導致裝置死機后誤動作是直接原因。

事故發生后，油田電管部門采取了同期裝置雙冗余改造、同期定值優化、信息化改造、定期校驗同期裝置、規范同期操作、提高調度員業務能力和完善同期操作預案并定期演練的措施。

[1] 錢振華. 發電機非同期并列概述及重要防范措施[J]. 電世界, 2011(8): 393-397.

[2] 胡航帆. 同期并網存在的問題及對策[J]. 黑龍江電力, 2011, 33(6): 475-477.

[3] 唐基高. 發電機非同期并網事故分析及改進措施[J]. 電工技術, 2011(10): 58-60.

[4] 廖威, 郭偉, 馬早康. 一起由非同期合閘導致電網事故的案例淺析[J]. 廣西電力, 2010, 33(5): 50-52.

Analysis of an accident of synchronization power grid connection happened in oil field’s power grid

PU Jun

(Sinopec Northwest Oilfield Company, Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture, Xinjiang 841600)

This paper analyzes an accident of synchronization grid connection which was happened in oil field’s power grid. Because of the tripping of one transmission line in the power grid, the power grid was becoming isolated. When the other transmission line was operated of synchronization grid connection, the accident of asynchronous connection was happened, the accident was expanded, it caused a large area power failure. On the surface, the reason of accident is synchronous device failure. When the investigation was conducted, the main reason was the wrong dispatching command of the dispatcher. This paper will introduce the process of the accident and the investigation in detailed, advance some proposals and take technical transformation. Other similar power grids can use this accident for reference.

synchronizing device; the difference of frequency; the difference of phase angle

2020-07-20

2020-08-05

蒲 軍（1982—），男，四川省成都市人，本科，工程師，主要從事發變電運行維護、設計及檢修工作。