某海外電站一起全廠失電事故分析

趙作起，唐 煒

（1.中國電建集團海外投資公司，北京 100000；2.中國電建集團甘肅能源公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中的第二十三條明確提出防止全廠停電事故，由于全廠失電原因較多，例如人為操作、保護誤動、設備故障及自然災害等，因此對于防止和應對全廠失電事故有著嚴格的要求，必須系統地分析。一旦出現這種事故，電站必須立即啟動應急預案，第一時間處理，及時、準確判斷事故原因，按照電站《運行規程》和《應急預案》正確處理，避免事故擴大，保證設備安全。此次事故分析、處理措施，對降低海外電站同類事故發生概率有著重要的作用，值得推廣研究。

1 事故前的設備狀態簡介

海外某電站設計裝機2×115 MW凝汽式汽輪發電機組，2×450t/h的循環流化床鍋爐，電站經150 kV雙回線連接到距離電站22.4km的P-B變電站，電站電氣一次系統如圖1所示。故障前兩臺機組保持長周期連續運行，設備狀態良好。

圖1 某電站電氣一次系統圖

#1、2機組正常運行，按調度要求各帶負荷94 MW。#1、#2主變，#1、#2高廠變運行，#0啟/備變備用，6 kV母線1A、1B、2A、2B、6 kV備用段母線運行，#1、2機組主輔機均正常運行。

#1、#2機交，直流潤滑油泵及頂軸油泵備用[1]。#1、#2柴油發電機備用，150 kV出線雙母線并列運行，A電站通過150kV雙回線經P-B變電站向電網正常供電。

2 事故發生時現象及處置過程

2022年5月20日08：23：59，#1發電機負荷由94 MW突降至25 MW，#1汽輪機轉速瞬間升至3 136 r/min；#2發電機負荷由94 MW突降至11 MW，#2汽輪機轉速瞬間升至3 134 r/min。#1、2機組OPC保護均動作。OPC反復動作、復位。#1機組負荷在51～8.6 MW之間波動，鍋爐側主蒸汽壓力快速升至10.66 MPa，PCV

閥動作；#2機組負荷在41～4.8 MW之間波動，主蒸汽壓

力快速升至10.63 MPa，手動開啟對空排氣閥泄壓。

08：25：54 #2汽輪機跳閘，ETS發軸向位移大保護。#2發電機跳閘，#2鍋爐MFT動作。

08：26：51 #1機組跳閘，ETS發“發電機故障”保護動作信號，鍋爐BT動作，全廠失電。

08：26：51 #1、2機直流潤滑油泵聯啟正常。

08：26：57 #1柴油發電機聯鎖啟動，#1機保安PCA、B段帶電正常。

08：27：01 #2柴油發電機聯鎖啟動，#2機保安PCA、B段帶電正常。

08：27 檢查事故照明切換正常。

檢查150 kV、廠用6 kV及380 V各廠用段母線全部失電。手動斷開150 kV母線、#1和#2號機組150 kV側開關、6 kV母線工作電源、備用電源及400 V各開關，復位各跳閘轉機。密閉#1、#2鍋爐爐膛。

08：32 #2汽輪機破壞真空。08：45 #2汽輪機真空至零，停軸封。

08：33 #1汽輪機破壞真空。08：37 #1汽輪機真空至零，停軸封。

08：47廠用電源進行切換操作，由臨時調試變向6 kV備用段供電。

09：01調度通知P-B變電站故障點切除，150 kV母線可以送電。

09：03#1、2汽輪機轉速至零，盤車裝置投入運行。

09：14 150kV母線送電正常。

10：10 #1、2主變送電，主變通過#1、2廠高變降壓倒送至6kV廠用母線。

至此#1、#2汽輪機組安全停運。

廠用電失電約49 min，其間循環水泵、開式水、閉式水、凝結水泵、給水泵等重要輔機因失電，無法啟動，鍋爐供水中斷；汽機凝汽器循環冷卻水中斷。各輔助設備冷卻水中斷，全廠儀用、廠用壓縮空氣中斷。

3 事故原因分析

事故發生后當班值長立即與電網調度聯系，經過核實：2022年5月20日08：24，市區Peka變電站至P-B變電站線路故障，導致P-B變電站150 kV輸電線路跳閘。P-B變電站無電力輸出后引起本電站#1、2機組跳閘，造成本電站GIS升壓站150 kV兩條母線失電，而#0啟動/備用變壓器高壓側接自本站150 kV母線，所以，電網事故造成了本電站全廠失電事故。

4 全廠失電事故造成的影響

全廠失電后鍋爐進行密閉、悶爐，5月21日16：30開啟#1、#2鍋爐煙氣擋板進行自然通風冷卻，汽包壁溫差控制在30℃范圍內。5月22日12：23#1機排汽室溫度降至50℃，啟動#2海水循環冷卻水泵，凝汽器恢復通水，恢復開式水、閉式水系統，并啟動空壓機運行，鍋爐輸灰系統投入運行。14：27啟動一臺引風機進行通風冷卻，15：32啟動#1鍋爐高壓流化風機、引風機、一次風機及二次風機進行強制冷卻，其間啟動冷渣器進行鍋爐排渣。

5月23日07：23停運#1鍋爐高壓流化風機、引風機、一次風機及二次風機，汽包壁溫差最大40℃，未超過規定值（≯50℃），壁溫差可控。

5月23日12：55啟動#1機凝結水泵、給水泵通過鍋爐主給水調節閥向#1鍋爐緩慢上水，上水速度控制不超過30 t/h，進行小流量補水。其間汽包壁溫差最大42℃，21：30#1鍋爐汽包水位上升至正常點火水位。

為了防止鍋爐汽包壁溫差超限，運行人員不斷摸索，在機組停運32 h后（汽包壁溫度降至150℃以下），逐步開啟#1、#2鍋爐煙氣擋板進行自然通風冷卻，52 h后恢復全廠循環冷卻水系統、空壓機系統，54 h后啟動風機進行鍋爐強制冷卻，76 h后啟動凝結水泵、給水泵進行鍋爐緩慢上水（控制汽包壁溫差最大不超過42℃，鍋爐上水用時8.5 h）。90 h后#1鍋爐點火，97 h#1機組與系統并列，113h后#2鍋爐點火，125 h#2機組與系統并列。

5月23日21：35啟動#1鍋爐高壓流化風機、引風機、一次風機及二次風機，22：17投入#1鍋爐A側床下油槍，22：50投入#1鍋爐B側床下油槍，調整A、B側點火風道溫度正常，控制不超過900℃，以防燒損點火風道。

5月24日03：05#1鍋爐連續投煤，04：58#1汽輪機開始沖轉，05：52#1汽輪機轉速到達3 000 r/min，05：58#1機組與系統并列，06：42#1機組負荷加至35 MW，15：14#1機組負荷加至55 MW。

#2機組的啟動條件要比#1機組好得多，#1機組并網帶負荷后抽汽可以供輔汽，可以投入除氧器加熱。其余操作按正常啟動要求進行。

本次全廠失電事件，造成#1機組停運97 h，#2機組停運125 h，造成電費收入減少。由于月度發電量計劃未完成，還將受到電網公司處罰，并且停機期間啟/備變產生電網購電費用，共計100多萬美元。事件給電站主要設備帶來極大考驗，一旦處置不當就會造成更大經濟損失。該國另外一個電站（簡稱HD電站）在處理同類事件時，處置不當，發生了兩臺機組汽輪機斷油燒瓦的重大事故，造成重大經濟損失和惡劣社會影響[2]。HD電站在處理此類事件時，未嚴格遵守電站《運行規程》和設備使用說明書的規定，強行向鍋爐汽包補水，造成水冷壁管急劇冷卻，產生扭曲變形，構成嚴重安全隱患，不得不進行大面積更換水冷壁，造成重大經濟損失和惡劣社會影響。

5 處理全廠失電事故應當改進的措施

首先，全廠失電后生產人員正確處置，確保設備安全停運是首要任務。其次，生產人員應當認真研究這種特殊情況下保證設備安全冷卻的問題，必須嚴格遵守各電站制定的《運行規程》和設備使用說明書相關規定，防止降溫過快、溫差過大或急劇冷卻，造成金屬設備熱應力超限，產生永久變形、損壞。再次，生產人員應當研究設備、系統安全啟動至重新并網運行的相關措施。自始至終，現場生產人員必須堅持保證“設備安全”的原則。結合電站實際情況，重點研究了以下幾個問題。

5.1 處理原則及要點

（1）首要任務是保證設備安全。值長應安排人員第一時間查明事故原因、影響范圍，初步判斷恢復供電的時間。如果電網故障短時無法恢復供電，則安排各主、輔設備安全停運。如果短時間能夠恢復供電，應當考慮第一時間恢復供電，并且安排鍋爐專業盡可能減少排水、排汽損失，根據汽包水位情況進行“叫水”操作，綜合判斷是否符合補水條件，以便恢復供電后盡快進行鍋爐補水。應盡最大可能保證一臺機組盡快具備點火啟動條件。

（2）事故處理過程應當嚴格遵守各電站《運行規程》的相關規定，迅速查明原因，正確判斷事故性質、影響范圍，采取有效措施控制事態發展，嚴防事故擴大。要全力保證“保安段母線”運行正常，直流系統、UPS系統、熱控電源（尤其DCS系統）等事故影響范圍以外的設備、系統必須保證正常運行。

（3）保安段工作電源失電后，柴油發電機應當聯鎖啟動，向保安全段母線供電，以保證保安段各負荷正常供電。此時，值長應當安排人員加強柴油發電機的檢查，并通知檢修人員進行檢查、維護，確保其可靠運行。如果發生柴油發電機故障報警或跳閘，應當立即通知檢修人員處理，設法盡快恢復運行，必要時可切換到“就地”運行方式。

5.2 處置過程中存在的問題

①電源方面：啟/備變接自150 kV母線，如果150 kV母線失電，則全廠失電；目前的保安電源每臺機組設兩段母線，正常由400 V工作PC段母線分別供電，每臺機組設一臺柴油發電機組作為保安段的備用電源。若發生全廠失電情況，400 V保安段母線工作電源失電，柴油發電機組聯鎖啟動，向400 V保安全段母線供電。若柴油發電機故障，則400 V保安段母線也將失電，其后果將非常嚴重。②汽源（熱源）方面：汽輪機跳閘后，軸封汽源可由主汽減壓后供汽，但除氧器無加熱汽源。本項目沒有啟動鍋爐，也沒有其他廠站供汽，這種情況下全廠沒有熱源。在機組冷卻和準備點火啟動階段仍面臨鍋爐補水無法加熱，只能緩慢補水、延長啟動時間的問題[3]。③FCB功能：調試時未完成此項試驗。

5.3 針對全廠失電事故應當進一步完善的措施

（1）電源方面：如果將現有啟/備變的高壓側電源改接到市電150 kV電網系統，只要其電網能夠滿足其容量、可靠性等要求，即便電站內的150 kV母線失電，啟/備變也可以保持帶電，不會造成廠用電失電，可以深入研究這種方式的可行性。

關于保安電源進一步完善的思路：鑒于目前400 V保安段的供電方式，一旦發生全廠失電，柴油發電機將自動聯鎖啟動向本機400 V保安段母線供電。電源比較單一，就現場實際情況來看，柴油發電機組發電故障的概率仍然存在，如果出現這種情況，對應機組的400 V保安段母線也將失電，所有保安段母線的負荷失電，將造成極大影響。為了有效規避這種風險，曾考慮增加一臺備用柴油發電機組，作為兩臺機組400 V保安段母線的備用電源。這個方案投資較大、有一定施工難度。經專業人員核算單臺柴油發電機組能夠滿足兩臺機組400 V保安段母線負荷供電需要，若將#1、#2機組的柴油發電機組進行互連互備改造，現場改動工作量較小、設備變動較小、投入較小，能夠增加400 V保安段母線的供電可靠性。這套設備只在一臺柴油發電機故障無法投入運行時，由運行人員手動投入，由運行中的柴油發電機向兩臺機的400 V保安段母線供電，以確保400 V保安段母線所帶負荷不會發生失電，真正達到保證設備安全的目標。

（2）汽源（熱源）方面：全廠失電后，若短時間無法恢復供電，汽包嚴重缺水，由于汽包金屬壁溫度較高且下降速度較慢，即便恢復后將省煤器、除氧器內熱水送入鍋爐汽包，后續供水也是無法加熱的冷水。對于除氧器、省煤器等容器也存在溫差較大的風險，必須嚴格控制補水速度，延長啟動時間。如果有啟動鍋爐或其他輔助汽源，能夠對除氧器內的補水進行加熱，將補水溫度加熱到100℃左右，必然會大大減小溫差問題，加快機組啟動的速度。以上情況需要在150kV母線送電正常，給水泵及各冷卻水泵能夠啟動的情況下進行[4]。

（3）FCB功能需要調研。電網公司要求電站應具備FCB功能，但據了解，國外電站具備FCB功能的機組很少，有的未設計FCB功能，有的設計了此功能但并未調試或未投用。若要實現機組FCB功能，發電機的勵磁調節系統、汽輪機調速系統、汽機高壓旁路系統、鍋爐汽包水位調節系統、RB功能等必須在機組負荷由100%突降至10%以下的特殊方式下，能夠保持機組平穩運行，不僅要求熱工邏輯、電氣保護要設置合理，還要求運行人員經驗豐富、熟練掌握《運行規程》有關事故處理的相關規定，具備正確處理突發事故的能力。

6 結語

通過對海外某電站發生的一起全廠失電事故的分析，研究、探索了此類事故對電站造成的影響、處理過程中應當注意的事項、處理過程中應當把握的原則。但由于目前海外網架結構參差不齊，存在的等級、容量的電站設備配置、設計、安裝情況各不相同，以及海外工作人員技術力量薄弱，并且各個國家電網安全情況也不相同，在處理全廠失電事故時，各電站所采取的措施也會有差異，因此在后續的工作中還需加強技術培訓，從而準確地判斷事故原因，按照《運行規程》和《應急預案》相關規定進行處置，將事故危害降至最低。