電站監控系統電源失電故障分析與對策

姚建中

（中國電建集團海外投資有限公司，北京 100048）

電站計算機監控系統具有數據自動采集、處理與存儲，運行監視，控制操作和負荷調節，事件順序記錄，事故、故障報警及記錄，自動發電控制（AGC），自動電壓控制（AVC），統計報表，操作培訓等功能。電站計算機監控系統是電站自動控制、監視和管理的核心，直接決定著電站的安全生產和高效運行。穩定可靠的供電電源是水電站計算機監控系統安全穩定運行的基本前提。

國外東南亞某徑流式水電站裝機3臺40 MW燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機120 MW，采用一機一變單元接線方式，發電機出口電壓11 kV，經主變壓器升壓至230 kV后接入當地電網，工程主要任務是發電。電站機組在正常運行過程中，受當地電網影響，發生了一起機組甩負荷停機，廠用電消失造成電站計算機監控上位機系統失電非正常停機黑屏故障。

1 事件發生概述

事件發生前：1號、2號機組各帶有功30 MW、3號機組備用。1號主變、2號主變、3號主變運行。230 kV系統：230 kV母線運行，Ⅰ回出線運行態。廠用電系統：400 V廠用電Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線分段運行。

事件發生過程：運行當日因電網230 kV系統異常波動，系統一次電壓過高達300 kV，導致電站對側變電站跳閘線路停電，1、2號機組發變組發電機保護裝置報：失磁二段動作。開關站LCU 230 kV母線A、B套保護PT斷線動作，2臺機組甩負荷停機，全廠廠用電消失，計算機監控上位機系統電腦停機黑屏，無法監視和操作。

2 故障原因分析

故障發生后，調取故障錄波、保護裝置事件記錄，波形分析得出，這是一起因電網系統電壓波動過高，導致系統停電及機組甩負荷停機，計算機監控上位機系統電腦因交流電源失電導致非正常停機、黑屏。經查詢設計，計算機監控上位機系統均配置了UPS不間斷供電電源系統（以下簡稱“UPS電源”），以保證計算機監控系統安全穩定運行。UPS電源工作原理圖如圖1所示。

當系統電源正常時，優先由交流電源供電，UPS電源電池處于浮充狀態。當交流失電時，自動無擾動切換至直流逆變交流工作，由電池供電，保證負荷所需交流電源不中斷。兩套電源系統輸出電源通過STS模塊實現與旁路電源的切換，每套逆變器通過CAN網連接實現冗余，兩套電源系統通過監控管理單元的管理實現并機運行。

圖1 UPS電源工作原理圖

故障發生當時，系統電壓二次側A相電壓85.39 V，B相電壓88.88 V，C相電壓81.63 V，超過電站過電壓整定值（1.3 Ue=82.55 V），同時電站保護定值設置未開放過電壓保護二段、三段保護，當系統電壓異常升高時未及時與系統解列。受此電壓波動影響，導致監控UPS電源報“母線電壓異常”，“主回路異常”，“重啟放電器故障”，即主交流系統電壓異常波動引起監控UPS電源交流輸入控制模塊STS保護動作后重啟，未能實現電源切換。逆變模塊單元受到電源側高壓或過載沖擊而保護動作停止工作。最終導致監控系統UPS電源因主交流供電電源、旁路交流供電電源失電及逆變電源保護動作未自動無擾動完成切換導致交流供電無輸出，引起監控系統上位機電腦失電停機黑屏。故障發生后，電站運維人員對UPS電源進行手動復歸，并恢復廠用電供電后，裝置運行恢復正常。

3 故障處理措施

結合故障發生的過程及原因分析，導致計算機監控系統上位機非正常停機黑屏故障的主要原因：①當系統電壓波動導致過高時，由于線路保護未開放過電壓保護二段、三段保護，電站設備未能及時與系統解列，導致故障進一步擴大。②UPS電源設備受電源測高壓或過載沖擊，相關保護動作重啟故障，當電站與系統解列，機組停機廠用電消失后，UPS電源未能無擾動切至直流逆變交流供電。針對以上原因，結合電站長期運行相關數據，經詳細研究分析，采取了以下改進方案：

（1）開放并啟用電站線路保護裝置過電壓二段、過電壓三段保護功能。在系統電壓升至1.07 Ue時，延時0.1 s保護告警，提示電站運行人員加強監視與巡查，必要時聯系調度中心采取相應的正常解列停機措施。在系統電壓升至1.1Ue時，延時3 s線路過電壓保護跳閘，及時與電網系統解列至機組空載帶廠用電運行，保護電站設備不受電壓波動沖擊影響，防止故障進一步擴大。

（2）根據長期運行監測數據顯示，受限于當地電網系統比較薄弱及系統無功偏高影響，電網系統電壓長期高于額定電壓運行。為有效降低廠用電電壓，確保廠用電設備在額定電壓附近正常運行，采取將1～3號廠用變高壓側檔位由3檔（額定電壓11 kV）調整到2檔（11.275 kV）運行，從而降低廠用變低壓側電壓。

（3）經與UPS電源設備制造廠家溝通，查詢裝置技術參數，設備正常工作輸入電壓為AC230 V。采取通過修改STS控制模塊裝置保護動作定值由250 V調整至265 V，以改善UPS電源交流輸入控制模塊STS保護動作不能重啟問題。同時，通過提高逆變橋功率MOS管耐壓裕度，提高逆變單元模塊抗壓沖擊能力，采用加強型功率元件。逆變橋功率MOS管采用24N90，相比原設計提高至810 V，瞬時抗電壓擾動能力達到交流輸入的1.5倍，同步修改逆變模塊DSP控制器保護算法，增加電壓采樣濾波判斷控制邏輯，優化保護動作閾值，以配合上述過電壓監控回路技改，改造后的UPS電源經測試合格后投入正常使用。

電站在按上述方案逐項落實改進措施后，經實際運行驗證，計算機監控上位機系統運行正常，未再發生交流電源失電故障。

4 結語

隨著電力技術飛速發展，電廠自動化程度越來越高，水電站計算機監控系統作為水電站的監視、控制和管理核心，停止工作將造成電站運行人員短時無法監控、操作現場設備，給電站運行帶來較大安全隱患，高水平的運行維護將為電站的安全生產和降本增效帶來更大的綜合效益。通過對裝置的相關功能特性及電站運行特點的研究，針對故障原因采取針對性措施，及時調整相關設備運行參數和對有關回路進行改造，運行至今，計算機監控系統未再發生非停故障，最大程度地保障了電站安全、經濟、穩定、長期運行，有力促進了電站綜合自動化水平提高，同時培養了電站管理人員分析問題、解決問題的能力。