電網(wǎng)故障對(duì)發(fā)電機(jī)組影響及發(fā)電機(jī)組側(cè)應(yīng)對(duì)措施

電網(wǎng)故障對(duì)發(fā)電機(jī)組

影響及發(fā)電機(jī)組側(cè)應(yīng)對(duì)措施【摘要】作為發(fā)電廠，要采取行之有效的措施，減少機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)，當(dāng)機(jī)組內(nèi)部出現(xiàn)問題，如降出力、跳閘，要盡快排除故障點(diǎn)，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊和防止擴(kuò)大成電網(wǎng)事故；而當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，機(jī)組應(yīng)能自動(dòng)、迅速地按調(diào)度指令進(jìn)行處理，以減少電網(wǎng)壓力、避免電網(wǎng)故障的擴(kuò)大，造成不必要的切機(jī)。通過大量實(shí)例分析常見的電網(wǎng)故障或者運(yùn)行方式異常對(duì)發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的影響，并且提出具體應(yīng)對(duì)措施?！娟P(guān)鍵詞】電網(wǎng)故障電網(wǎng)頻率線路故障電網(wǎng)擾動(dòng)發(fā)電機(jī)組安全0引言發(fā)電、輸電和用電是一個(gè)整體，生產(chǎn)與消費(fèi)瞬間同時(shí)完成，三者緊密相連，任何一方出現(xiàn)問題都可能影響到其他方面，甚至造成局部電網(wǎng)或者整個(gè)電網(wǎng)崩潰。所以當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或者處于異常工況時(shí)，各方在保證自身安全的基礎(chǔ)上，必須互相配合，才能夠達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全，從而真正實(shí)現(xiàn)各自的安全。下面將對(duì)電網(wǎng)常見故障進(jìn)行實(shí)例分析，針對(duì)不同類型故障，提出發(fā)電機(jī)組側(cè)應(yīng)該采取的適應(yīng)措施。系統(tǒng)概況下面簡(jiǎn)要介紹一下岱海電廠接線情況（圖l）：00kV主接線方式為3/2接線。一、二期4X600MW機(jī)組共有四回進(jìn)線，兩回出線，構(gòu)成三個(gè)完整串。四回進(jìn)線分別為1號(hào)發(fā)變組進(jìn)線、2號(hào)發(fā)變組進(jìn)線、3號(hào)發(fā)變組進(jìn)線、4號(hào)發(fā)變組進(jìn)線；兩回出線分別為海萬I回線、海萬II回線。雙回500kV輸電線路設(shè)計(jì)為緊湊型，線路長(zhǎng)度約202.5km。為了提高運(yùn)行的可靠性和靈活性，500kV系統(tǒng)第一串采用進(jìn)出線交叉接線方式。384圖1岱海電廠主接線Fig.1MainelectricalwiringofDaihaiPowerPlant電網(wǎng)頻率變化影響系統(tǒng)頻率的異常有很多危害，例如可使汽輪機(jī)葉片振動(dòng)加大，引起斷裂。頻率降低，火電廠機(jī)械設(shè)備出力降低（與頻率的立方關(guān)系的風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等），發(fā)電機(jī)出力下降，引起電網(wǎng)頻率進(jìn)一步下降，可能引發(fā)頻率崩潰。低頻增加了異步電動(dòng)機(jī)和變壓器勵(lì)磁電流，增加消耗無功，引起電壓下降，引發(fā)電壓崩潰。電力系統(tǒng)的頻率異常對(duì)電力系統(tǒng)、電廠和用戶都不利［1。］電網(wǎng)頻率變化對(duì)發(fā)電機(jī)組影響實(shí)例分析機(jī)組運(yùn)行工況：2008年04月12日3號(hào)機(jī)，AGC未投入，CCS協(xié)調(diào)方式，一次調(diào)頻功能投入，汽輪機(jī)單閥運(yùn)行方式，負(fù)荷600MW，高調(diào)門開度32%。故障現(xiàn)象：華北電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定，其中一次由50.07Hz快速下降至49.96Hz。機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作，參與系統(tǒng)周波調(diào)節(jié)，高壓調(diào)門開大，主蒸汽流量變大，壓力降低。主蒸汽壓力下降速度大于增加煤量所補(bǔ)充的壓力，調(diào)門開到34%后到達(dá)拐點(diǎn)位置，開始大幅度擺動(dòng)，造成蒸汽壓力和流量不穩(wěn)定，負(fù)荷波動(dòng)達(dá)到100MW。處理過程：當(dāng)找到問題所在之后，立即聯(lián)系熱工人員對(duì)汽輪機(jī)主調(diào)門進(jìn)行限位。至此，由于電網(wǎng)頻率變化引起機(jī)組負(fù)荷和調(diào)門大幅擺動(dòng)的現(xiàn)象消失。此時(shí)一次調(diào)頻仍舊投入，調(diào)門開度限位至34%。主調(diào)門限位之后，在保證快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化的前提下，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組應(yīng)對(duì)電網(wǎng)頻率異常措施發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻正常情況下，必須投入。電網(wǎng)中投入一次調(diào)頻的機(jī)組越多，各發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻越可靠，電網(wǎng)就能越穩(wěn)定，從而反過來保證各發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全。385新建發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)主調(diào)門拐點(diǎn)必須進(jìn)行限位。這樣才能保證自身安全的情況下，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。否則，機(jī)組一旦因?yàn)檎{(diào)門擺動(dòng)引起次生事故甚至掉閘，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的更大波動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)頻率擺動(dòng)過大時(shí)，應(yīng)該及時(shí)聯(lián)系網(wǎng)調(diào)，并且按照規(guī)程要求操作，必要時(shí)機(jī)組緊停，防止汽輪機(jī)永久傷害發(fā)生［2。］線路故障岱海電廠4X600MW機(jī)組通過兩回500kV出線(海萬I回線、海萬II回線)送至萬全變電站，通過萬順三回線送至順義，直接接入京津唐電網(wǎng)。岱海電廠配備有安穩(wěn)裝置。主要意義在于輸電線路發(fā)生故障時(shí)候，切除相應(yīng)機(jī)組，避免蒙西電網(wǎng)機(jī)組相對(duì)于華北電網(wǎng)機(jī)組加速振蕩，從而保證華北電網(wǎng)主系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。主要考慮以下幾種故障工況情況下切機(jī)動(dòng)作：海萬雙線N-1故障切機(jī)、萬順三回線N-2故障切機(jī)、萬順三回線N-3故障切機(jī)。由華北電網(wǎng)所下達(dá)的定值單可以看出：開三臺(tái)機(jī)海萬N-1故障時(shí)保留機(jī)組臺(tái)數(shù)為3,開四臺(tái)機(jī)海萬N-1故障且總負(fù)荷大于2200MW時(shí)保留機(jī)組臺(tái)數(shù)為3。萬順N-2保留機(jī)組臺(tái)數(shù)1,萬順N-3保留機(jī)組臺(tái)數(shù)0。下面通過兩個(gè)實(shí)例說明線路故障跳閘對(duì)岱海電廠的影響：實(shí)例1：海萬雙回線跳閘，導(dǎo)致岱海電廠機(jī)組全停[3]故障前500kV線路及各機(jī)組運(yùn)行工況：2008年4月22日中午，大風(fēng)、陰天，500kVI、II母運(yùn)行，海萬1、海萬2線路運(yùn)行，5021開關(guān)、5022開關(guān)為冷備狀態(tài)。1、3、4號(hào)機(jī)組運(yùn)行，負(fù)荷各為510MW、300MW、600MW。(2號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修后啟動(dòng)定速在3000rpm，等待做試驗(yàn)，尚未并網(wǎng))海萬雙回線跳閘故障原因：由于惡劣天氣影響，500kV海萬雙回線相間故障，導(dǎo)致500kV海萬雙回線相繼掉閘，岱海電廠運(yùn)行機(jī)組全部掉閘。實(shí)例2：萬順三回線故障，導(dǎo)致安穩(wěn)動(dòng)作切除2號(hào)機(jī)組故障前500kV線路及各機(jī)組運(yùn)行工況：岱海電廠三個(gè)完整串運(yùn)行。海萬1線負(fù)荷369MW，海萬2線負(fù)荷367MWO#1機(jī)組負(fù)荷396MW。2號(hào)機(jī)組負(fù)荷400MW。3號(hào)、4號(hào)機(jī)組停運(yùn)。萬順三回線故障故障原因：2008年8月21日，500kV系統(tǒng)萬順三回線相繼發(fā)生故障，安穩(wěn)裝置此時(shí)應(yīng)切除岱海所有運(yùn)行機(jī)組。根據(jù)華北電力調(diào)度通信自動(dòng)化中心的安排，當(dāng)發(fā)生萬順N-3故障時(shí)，保留岱海一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，故1號(hào)機(jī)組安穩(wěn)切機(jī)壓板未投入，此時(shí)只切除運(yùn)行的2號(hào)機(jī)組。發(fā)電機(jī)組側(cè)應(yīng)對(duì)線路故障處理措施[4]岱海電廠兩回出線所在地理，氣候非常惡劣。所以應(yīng)當(dāng)協(xié)助電網(wǎng)工作人員摸底排查該線路的微地形、微氣候區(qū)域，加強(qiáng)易風(fēng)偏區(qū)域、易舞動(dòng)區(qū)域等特殊區(qū)域的劃分與監(jiān)視。電廠內(nèi)部加強(qiáng)保護(hù)定值的檢查與修訂工作，首先保證所有保護(hù)不誤動(dòng)作，然后需要保證所有保護(hù)該動(dòng)作時(shí)候正確動(dòng)作。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)以保人身，保電網(wǎng)，保設(shè)備原則對(duì)事故進(jìn)行快速處理。386機(jī)組并網(wǎng)或停機(jī)時(shí)對(duì)廠內(nèi)其它機(jī)組影響實(shí)例分析2008年4月20日1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)組負(fù)荷瞬間擺動(dòng)(由300MW擺至260MW)，而后立即恢復(fù)，AGC指令未變化，爐指令無明顯變化，汽機(jī)指令無明顯變化。如圖2所示。圖21號(hào)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)4號(hào)機(jī)組工況變化Fig.2Thechangeofunit4whentheunit1tothegrid運(yùn)行工況：負(fù)荷300MW，AGC、AVC投入，機(jī)爐系統(tǒng)正常運(yùn)行方式。過程分析：4號(hào)機(jī)組負(fù)荷瞬間擺到257MW，而后恢復(fù)，前后只有一秒時(shí)間，從曲線看，有功大幅下降，無功大幅下降，系統(tǒng)電壓上升一個(gè)臺(tái)階，勵(lì)磁電壓有較大擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)定子電流有較大擺動(dòng)，頻率無變化，主蒸汽流量在之后出現(xiàn)了一次下降。后查3號(hào)機(jī)組曲線，變化情況與4號(hào)機(jī)組相同。原因分析：1號(hào)機(jī)并網(wǎng)使系統(tǒng)電壓上升，無功大幅減小，勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行無功調(diào)整，出現(xiàn)了大幅的電壓擺動(dòng)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的擾動(dòng)改變、使汽輪機(jī)力矩和定子電流發(fā)生擾動(dòng)改變，進(jìn)而使負(fù)荷一下擺動(dòng)至257MW后恢復(fù)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定下來，從主蒸汽流量的變化看，體現(xiàn)的是汽輪機(jī)的首級(jí)壓力擺動(dòng)，是汽輪機(jī)力矩發(fā)生改變所致。本次負(fù)荷擺動(dòng)雖時(shí)間很短，但是幅度較大，說明并網(wǎng)對(duì)相鄰機(jī)組有比較大的擾動(dòng)。機(jī)組并網(wǎng)或者停機(jī)時(shí)處理措施在并網(wǎng)時(shí)加強(qiáng)相鄰機(jī)組的勵(lì)磁電壓，電流參數(shù)的監(jiān)視。在并網(wǎng)時(shí)加強(qiáng)相鄰機(jī)組的有功，無功參數(shù)的監(jiān)視。在并網(wǎng)時(shí)加強(qiáng)發(fā)電機(jī)-變壓器組出口電壓參數(shù)的監(jiān)視。新并網(wǎng)機(jī)組的有功、無功調(diào)整應(yīng)盡量緩慢，并與其他機(jī)組的變化相適應(yīng)。387電網(wǎng)一般性擾動(dòng)當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)其他電源點(diǎn)故障、其他輸電線路故障等時(shí)候，電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生一般性擾動(dòng)。電網(wǎng)對(duì)于發(fā)電機(jī)組的影響來說，最常見的還是一般性擾動(dòng)。一般性擾動(dòng)通常對(duì)發(fā)電機(jī)組影響比較小，通過各個(gè)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)，能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)電網(wǎng)正常[5]。下面以岱海電廠#2機(jī)組[5]在AVC、PSS、AVR自動(dòng)投入良好的情況下，一個(gè)月中的兩次一般性擾動(dòng)進(jìn)行描述和分析，提出處理電網(wǎng)一般性擾動(dòng)的原則。5.1實(shí)例1：2008年8月06日08：102號(hào)機(jī)組無功由180Mvar突增至250Mvar，負(fù)序電流由78A突升至2319A。機(jī)組其他主要參數(shù)無明顯變化，持續(xù)時(shí)間不超過5秒。具體變化情況見表1以及圖3。負(fù)序電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向相反，以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中感生出倍頻電流，倍頻電流主要部分在轉(zhuǎn)子表層沿軸向流動(dòng)，這個(gè)電流可達(dá)到極大數(shù)值，會(huì)在轉(zhuǎn)子表面某些接觸部位引起高溫，發(fā)生嚴(yán)重電灼傷，同時(shí)局部高溫還有可能使護(hù)環(huán)松脫的危險(xiǎn)；另外，由負(fù)序磁場(chǎng)產(chǎn)生的兩倍交變電磁轉(zhuǎn)矩，使機(jī)組產(chǎn)生100Hz振動(dòng)，引起金屬疲勞和機(jī)械損傷。所以發(fā)生負(fù)序電流突增至后，還應(yīng)該檢查轉(zhuǎn)子端部、擴(kuò)環(huán)內(nèi)表面等部位是否有損壞[6]。[6]表1無功突增引起發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)變化情況Tab.1Themainparametersofthegeneratorcausedbysuddenincreaseofinactivepower時(shí)間(時(shí)：分：秒)有功(MW)無功(Mvar)定子電壓(kV)定子電流(kA)勵(lì)磁電壓(V)勵(lì)磁電流⑷500KV母線電壓(kV)系統(tǒng)頻率(Hz)負(fù)序電流⑷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)00：05：5646911319.89413.692272.652907302.949.9965.5300000：06：0346810820．00413.692172.943136302.949.99壞點(diǎn)300000：06：0545511919.88413.692268.12884302.950.04壞點(diǎn)300200：06：2346111219.88413.692269.662880302.949.9961.53000圖3無功突增引起發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)變化情況388Fig.3Themainparametersofthegeneratorcausedbysuddenincreaseofinactivepower5.2實(shí)例2：2008年08月09日00：06海萬1線單相接地。DCS負(fù)序電流發(fā)“通道故障”報(bào)警。主機(jī)X方向振動(dòng)發(fā)A報(bào)警，由149um增加到422um,查故障錄波器，顯示為“負(fù)序超限啟動(dòng)”，NCS發(fā)“500kV海萬1線L90屏L90保護(hù)動(dòng)作”；“500kV海萬1線P544屏P544保護(hù)動(dòng)作”，“500kV第一串5011保護(hù)出口屏跳閘”、“500kV第二串5012保護(hù)出口屏跳閘”，“500kV第一串5012斷路器重合閘動(dòng)作”，“500kV第一串5011斷路器重合閘動(dòng)作”。表2海萬線發(fā)生瞬間接地時(shí)機(jī)組主要參數(shù)變化情況Tab.2ThemainparametersofthegeneratorwheninstantaneousgroundinghappentoHaiWanLine時(shí)間(時(shí)：分秒)有功(MW)無功(Mvar)定子電壓(kV)定子電流(KA)勵(lì)磁電壓(V)勵(lì)磁電流⑷500kV母線電壓(kV)系統(tǒng)頻率(Hz)負(fù)序電流⑷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)08：10：2955018120.25416.352333.493474304.749.9580.5299908：10：3655418220.11016.352423.583491304.949.9681.5299908：10：3855125020.45016.352299.693939304.949.962319299908：10：4755518120.33316.352335.833490304.949.9682.52999線路單相接地故障在電力系統(tǒng)故障中占有很大的比例，造成單相故障的原因有很多，如雷擊、瓷瓶閃落、導(dǎo)線斷線引起接地、導(dǎo)線對(duì)樹枝放電、山火等。線路單相接地故障分為瞬時(shí)性故障和永久性故障兩種，對(duì)于架空線路一般配有重合閘，正常情況下如果是瞬時(shí)性故障，則重合閘會(huì)啟動(dòng)重合成功；如果是永久性故障將會(huì)出現(xiàn)重合于永久性故障再次跳閘而不再重合［7。］5.3發(fā)生接地故障時(shí)，應(yīng)該采用下列方法進(jìn)行處理措施檢查故障線路的電流表是否三相正常，有功無功指示無異常變化，確認(rèn)三相在合閘位置。檢查有關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況，負(fù)荷變化情況，潮流變化情況。記錄光字和動(dòng)作信號(hào)，通知保護(hù)班做動(dòng)作可靠性分析。打印保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)及故障錄波器數(shù)據(jù)，做初步分析。檢查動(dòng)作的斷路器有無其他異常，如機(jī)構(gòu)是否三相聯(lián)動(dòng)，所連接的CT等有無因沖擊導(dǎo)致的異常，并對(duì)斷路器的驅(qū)動(dòng)壓力進(jìn)行檢查。向調(diào)度匯報(bào)時(shí)間，站點(diǎn)，故障類型，保護(hù)動(dòng)作情況，跳閘前后負(fù)荷變化，本站潮流變化情況?？偨Y(jié)通過上文對(duì)各種電網(wǎng)故障的分析，得出發(fā)電機(jī)組應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的一般處理方法[8：]6.1電網(wǎng)發(fā)生故障，及時(shí)與網(wǎng)調(diào)值班員進(jìn)行溝通。對(duì)惡劣氣候或