因線路保護動作引起 機組振蕩跳機事故的分析

1、因線路保護動作引起 機組振蕩跳機事故的分析 1 基本情況和事故現(xiàn)象 某電廠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1，分110 kv和220 kv兩個系統(tǒng)，2號機(50 mw)和3號機(125 mw)并在110 kv母線上，帶西北郊變電站、大西門變電站和廠用電運行，4號機(125 mw)和燃機并在220 kv母線運行；110 kv和220 kv系統(tǒng)之間通過5號聯(lián)變聯(lián)結(jié)。圖1 某電廠電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu) 事故發(fā)生前，2號機發(fā)電負荷(出力)44 mw，3號機出力105 mw，110 kv系統(tǒng)總出力149 mw，總用戶負荷約108 mw，41 mw的剩余發(fā)電出力通過5號聯(lián)變由110 kv側(cè)送往220 kv側(cè)；3號機組當(dāng)時ccs處于爐跟

2、機協(xié)調(diào)控制方式，一次調(diào)頻功能投入，2號機為液壓機組，一次調(diào)頻功能始終投入。 16:59，運行人員在操作28161閘刀時，其b相母線側(cè)下支持瓷瓶突然斷裂，220 kv母差保護動作，4號機、燃機與220 kv系統(tǒng)解列，同時5號聯(lián)變停運，形成2,3號機帶110 kv系統(tǒng)小網(wǎng)運行的特殊運行方式，41 mw的剩余發(fā)電出力不能送出，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的負荷不平衡，3號機組在此方式下運行約30 s后跳閘。期間電網(wǎng)頻率在48.352.1hz近乎等幅振蕩6次，3號機103%超速(opc)動作6次。 2 小網(wǎng)振蕩的分析 當(dāng)220 kv母線故障、5號聯(lián)變跳閘后，110 kv系統(tǒng)即自成獨立小網(wǎng)，送往220 kv系統(tǒng)的41

3、mw負荷成為110 kv系統(tǒng)的多余出力，占到系統(tǒng)當(dāng)時總用電負荷的38%，引起110 kv系統(tǒng)頻率上升。由于opc的反復(fù)作用使機組的調(diào)門周期性開關(guān)，小網(wǎng)頻率產(chǎn)生振蕩，網(wǎng)頻在48.352.1hz間波動，振蕩共6次，振蕩周期約為4 s。 引起小網(wǎng)振蕩的原因為： (1) 當(dāng)汽機網(wǎng)上超速(不同于網(wǎng)下超速)時，deh閥位給定并不隨轉(zhuǎn)速控制，網(wǎng)頻下降opc復(fù)位后，deh閥位給定(負荷參考值)應(yīng)當(dāng)恢復(fù)至調(diào)節(jié)輸出值。由于前5次網(wǎng)頻振蕩過程中ccs協(xié)調(diào)控制一直投入，實際負荷偏差大(負荷指令大于實發(fā)功率)使ccs汽機輸出指令增加，deh閥位給定亦增加。所以3號機每次opc動作和復(fù)位后，deh閥位給定值越來越大，瞬間

4、使調(diào)門開得更大，從而造成了振蕩過程中負荷和頻率越來越高的現(xiàn)象。 (2) 3號機組opc保護動作，高中壓調(diào)門應(yīng)關(guān)閉,但調(diào)門未曾關(guān)到0。 (3) 根據(jù)有關(guān)規(guī)定，3號機組在網(wǎng)頻偏差超過12 r/min時，將退出一次調(diào)頻。所以3號機組一次調(diào)頻功能作用非常有限。 (4) 5號聯(lián)變停運后opc動作時3號機ccs指令和實際出力不匹配，此時協(xié)調(diào)控制因功率信號偏差大而切除，實際上3號機并未設(shè)計此功能。 (5) 雖然在上述振蕩過程中3號機協(xié)調(diào)控制始終未退出，但由于初始擾動量過大，且ccs功率定值是要維持燃料量和調(diào)門開度在事故前的水平(105 mw)，只要ccs功率給定值不變，靠3號機ccs控制是不能吸收直至消除4

5、1 mw的多余出力的。 3 3號機跳機的分析 正常情況下，deh處于遙控狀態(tài)時，deh系統(tǒng)閥位目標(biāo)值跟隨閥位給定值。汽輪機opc動作時，調(diào)門關(guān)閉，閥位給定值為0，因而閥位目標(biāo)值亦為0。opc復(fù)位后，deh閥位給定迅速恢復(fù)到opc動作前的ccs汽輪機輸出指令。振蕩過程中ccs及deh始終投入以維持機組各參數(shù)，當(dāng)3號機組第6次opc動作時，由于調(diào)門的多次大幅度變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能很好地維持壓力引起主蒸汽壓力偏差超差達到切手動值，給粉(汽壓)控制切為手動，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)ccs切除、deh遙控切除，deh系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為閥控方式，而這時閥位目標(biāo)值已為0，從而閥位給定值一直置0，這樣opc復(fù)位后閥位給定值無法復(fù)

6、位，致使高中壓調(diào)門無法開啟，導(dǎo)致汽輪機轉(zhuǎn)速下降、主油泵出口油壓下降、低壓安全油壓降低，110 kv母線網(wǎng)頻和電壓下降使高壓交流油泵在自啟后無法正常供油，低壓安全油壓下降達到0.8 mpa的跳機值，隔膜閥打開，終使甲、乙主汽門分別關(guān)閉，汽輪機跳閘，發(fā)電機解列。 4 解決措施及建議 通過分析發(fā)現(xiàn)3號機改造中ccs、deh控制策略及邏輯設(shè)計中的一些問題，建議完善deh功能及其工作方式，以保證機組自主穩(wěn)定調(diào)節(jié)，保障電網(wǎng)安全運行。 (1) 3號機opc超速保護動作時，汽輪機實際閥位和ccs給定閥位以及實際功率和功率定值偏差較大，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原則上應(yīng)切至手動方式運行；3號機在ccs切手動后deh控制不是遙

7、控方式，而是切至本地且跟蹤指令閥位，這直接導(dǎo)致了3號機跳閘；因此建議對deh有關(guān)邏輯作適當(dāng)修改，即協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)切除后，deh系統(tǒng)仍應(yīng)保持遙控狀態(tài)，使得opc復(fù)歸后高中壓調(diào)門能夠回到非零的開度，避免跳機的發(fā)生。 (2) 據(jù)有關(guān)規(guī)定，3號機在網(wǎng)頻偏差超過12 r/min時，一次調(diào)頻功能閉鎖。所以本次事故3號機一次調(diào)頻功能未發(fā)揮作用。建議適當(dāng)增大deh系統(tǒng)一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)范圍，以穩(wěn)定電網(wǎng)頻率、減少振蕩。 (3) 應(yīng)當(dāng)考慮發(fā)生類似故障(即5號聯(lián)變退出運行)時3號機ccs的作用問題。由于該廠110 kv系統(tǒng)直接供城區(qū)用電，停電所造成的影響較大，因此當(dāng)發(fā)生110 kv小網(wǎng)孤立運行時，可以通過技術(shù)措施計算出1

8、10 kv和220 kv系統(tǒng)間的交換負荷，當(dāng)5號聯(lián)變退出，立即將該負荷疊加到3號機ccs功率指令回路，相應(yīng)改變鍋爐燃燒率和汽機出力，使機組和電網(wǎng)逐漸達到平衡。 (4) 若出現(xiàn)220 kv系統(tǒng)跳閘而5號聯(lián)變未退出以及其它方式故障時，都可考慮對發(fā)電機組采取類似策略。有關(guān)控制策略及邏輯改進可以通過增加部分檢測設(shè)備并修改dcs組態(tài)來實現(xiàn)，并通過相關(guān)試驗研究進行驗證和確認。 (5) opc功能主要是防止汽機超速、保障機組安全。具體到本次事故，在機組帶孤立電網(wǎng)運行時opc動作將調(diào)門全關(guān)而不是調(diào)到與所帶負荷相適應(yīng)的位置，不利于網(wǎng)上超速時機組與電網(wǎng)的穩(wěn)定。要真正解決問題，應(yīng)開發(fā)和利用好civ(快關(guān)中壓調(diào)門)功能，當(dāng)由于電網(wǎng)故障出現(xiàn)機組出力和用戶負荷不平衡時，快速關(guān)閉中壓調(diào)門使電網(wǎng)負荷迅速平衡，達到抑制機組超速、穩(wěn)定電網(wǎng)的目標(biāo)。 (6) 需要考慮該廠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題，建議在解決同期并列的前提下增加快投裝置，當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)故障(如5號聯(lián)變跳閘)后使該廠