抽水蓄能電站一起滅磁電阻燒毀事故分析

單 鋒，王 炯

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限公司，浙江天臺 317200)

0 引言

抽水蓄能電站是一種日調(diào)節(jié)電廠，其發(fā)電機具有電動工況，水輪機具有水泵工況，在用電低谷時利用電網(wǎng)過剩電力將水從下水庫抽到上水庫儲存，在用電高峰再放水發(fā)電，抽水蓄能低吸高發(fā)功能，實現(xiàn)了電能的有效存儲.抽水蓄能技術(shù)潔凈環(huán)保、運行靈活、反應(yīng)快速，在系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故黑啟動等功能，是電網(wǎng)系統(tǒng)的蓄電池［1］.

1 設(shè)備概況

某抽水蓄能電廠共有四臺300MW機組，機端電壓18 kV，機組和主變采用聯(lián)合單元接線，主變高壓側(cè)電壓500 kV，500 kV系統(tǒng)采用二進二出內(nèi)橋接線方式，正常運行方式為500 kV橋開關(guān)在合閘位置，500 kV系統(tǒng)合環(huán)運行.電廠主接線見圖1.

機端18 kV系統(tǒng)電氣設(shè)備包括發(fā)電電動機及其出口至主變低壓側(cè)的所有設(shè)備，包括:機組開關(guān)、換相閘刀、機組壓變、電氣制動閘刀、被拖動閘刀、拖動閘刀、機組開關(guān)兩側(cè)的地刀、主變低壓側(cè)壓變、機組勵磁變、主變低壓側(cè)地刀、廠變及SFC輸入閘刀(僅一、四號主變低壓側(cè)有)、廠變高壓開關(guān)、SFC輸入開關(guān)及啟動母線閘刀等設(shè)備.

換相閘刀為抽水蓄能電站特有設(shè)備，以滿足機組發(fā)電方向和抽水方向運行對相序的不同要求，它為五極隔離閘刀，其中B相閘刀為發(fā)電和抽水運行工況所公用，發(fā)電工況:A1、B、C1 三相合閘，抽水工況:A2、B、C2三相合閘，把相序從A、B、C換成C、B、A，實現(xiàn)機組旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)變，機組停機狀態(tài)換相閘刀五極在分狀態(tài).

拖動閘刀、被拖動閘刀及啟動母線為抽水蓄能電站的特有設(shè)備，是為了滿足機組抽水啟動而設(shè)置.整個起動回路設(shè)備包括:四套發(fā)電電動機拖動、被拖動閘刀，啟動母線Ⅰ段閘刀、地刀，啟動母線Ⅱ段閘刀、地刀，SFC設(shè)備，SFC輸入、輸出電抗器，SFC輸入、輸出開關(guān)，廠變及SFC輸入閘刀，起動回路離相封閉母線，電纜組成.啟動母線上的被拖動閘刀靠機組側(cè)已固定換相.

圖1 主電氣回路圖

機組要運行于抽水工況需經(jīng)由抽水調(diào)相工況，抽水調(diào)相工況是一種機組運行于抽水方向，為減少拖動動能其水輪機轉(zhuǎn)輪在空氣中轉(zhuǎn)動，只從系統(tǒng)吸收很少有功的運行方式，該運行方式可調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功，但主要作為抽水工況的過渡工況［2］.

機組正常抽水啟動采用SFC(靜止變頻啟動裝置)拖動，BTB(背靠背)即用一臺機組去拖動另一臺機組為備用方式.若用SFC裝置來啟動一號機，則一號機的隔離措施同上，二號機的拖動、被拖動閘刀要在分，啟動母線Ⅰ段地刀在分，啟動母線Ⅱ段閘刀、地刀在分，一號機定子引出線通過合一號機被拖動閘刀和合啟動母線Ⅰ段閘刀，SFC輸出開關(guān)與SFC裝置構(gòu)成回路，靠SFC裝置來拖動一號機泵工況啟動至額定轉(zhuǎn)速.若用一號機拖動二號機泵工況啟動時，二號機開關(guān)，二號機拖動閘刀要在分，二號機開關(guān)機組側(cè)地刀在分，啟動母線Ⅰ段閘刀、地刀在分，一號機被拖動閘刀在分，一號機換相閘刀五極在分，一號機開關(guān)換相閘刀側(cè)地刀和機組側(cè)地刀都在分，二號機定子引出線通過合二號機被拖動閘刀和合一號機拖動閘刀和合一號機開關(guān)，與一號機的定子引出線構(gòu)成回路，讓一號機工作在發(fā)電狀態(tài)，拖動二號機泵工況啟動至額定轉(zhuǎn)速［3］.

2 事故分析

某日，機組進行相關(guān)試驗，要求一號機BTB拖動二號機抽水調(diào)相開機，將二號機拖至100%轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)停機.當二號機被拖至100%轉(zhuǎn)速后，上位機下停機令，一號機通訊CPU死機，二號機執(zhí)行停機過程中滅磁電阻燒毀，停機過程二號機低頻過流保護動作.

分析歷史事件，一號機BTB拖動二號機開機起始階段情況正常，當二號機100%轉(zhuǎn)速后，一號機上位機報“LCU1 C2通訊故障”、“LCU4 C4通訊故障”，隨后根據(jù)試驗需要上位機給二號機下停機令，二號機收到停機令后轉(zhuǎn)停機流程，而此時一號機發(fā)“LCU1內(nèi)部組件故障報警，一號機沒有執(zhí)行停機令，一號機與上位機失去聯(lián)系.

由于一號機沒有執(zhí)行停機令，原本停機過程中應(yīng)分開一號機拖動閘刀的命令沒有被執(zhí)行.機組邏輯中，拖動機的拖動閘刀分閘是被拖動機被拖動刀分閘的前提條件.因而一號機拖動閘刀沒有分開直接導致二號機被拖動閘刀也沒有分開.這樣一號機仍通過一號機GCB、一號機拖動閘刀、啟動母線、二號機被拖到閘刀、二號機定子形成電氣回路，見圖2.

圖2 BTB主電氣回路圖

查看相關(guān)信號可知，上位機給二號機下停機令后，近四分鐘后二號機轉(zhuǎn)速＜90%才報出.在這段時間內(nèi)，一號機沒有停機，給二號機定子施加接近50 Hz的電源，在二號機轉(zhuǎn)子中長時間感應(yīng)出相當高的電壓.這樣二號機停機流程執(zhí)行過程中，由于滅磁開關(guān)分開，其常閉輔助接點將滅磁電阻串入轉(zhuǎn)子回路.從而使二號機轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓全部加在其滅磁電阻上，見圖3.

圖3 機組勵磁回路圖

正常機組停機滅磁時，滅磁電阻只在滅磁回路動作時接入發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路，而且對滅磁電阻而言，不會承受一個連續(xù)作用的恒定電壓.在滅磁過程中，滅磁作用在短暫的幾秒鐘時間中已經(jīng)完成，而且滅磁電源是一個衰減的電壓源，滅磁電阻吸收能量有限.

桐柏抽水蓄能電站機組滅磁電阻采用M＆I Materials公司Metrosil SiC非線性電阻，其最大連續(xù)運行溫度為115℃;最大間隔運行溫度為160℃.由于SiC非線性電阻的材質(zhì)決定了SiC電阻的溫度特性，其特征是當SiC電阻溫度上升時阻值會降低.可見在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓不能衰減的前提下，滅磁過程滅磁電阻溫度越來越高，電阻值越來越小，滅磁電流越來越大.從而形成惡性循環(huán)［4］.

由于在二號機轉(zhuǎn)子中長時間感應(yīng)出相當高的電壓，使得運行中的滅磁電阻元件的滅磁電流或滅磁容量超過其極限值，使得電阻元件的負載溫度超過承受值，并以“電流擊穿”形式，使支路中有一片電阻片被擊穿，并在擊穿元件處引起電弧，瞬時引起類似短路情況.最終導致二號機滅磁電阻連接鐵皮融化并將部分SiC連接片燒裂.

3 結(jié)論

在處理類似事故時，在機組未停穩(wěn)前拉開拖動/被拖動閘刀應(yīng)現(xiàn)場確認拖動機GCB已分開，防止帶電拉閘刀;事故發(fā)生時，二號機轉(zhuǎn)子電壓將滅磁電阻擊穿，當時轉(zhuǎn)子端電壓較高，現(xiàn)場滅火時應(yīng)保持一定安全距離;為防止此類事件發(fā)生，修改有關(guān)流程或增設(shè)跳閘硬布線，將被拖動閘刀分閘作為分被拖動機滅磁開關(guān)前提條件，防止被拖動機失磁.

［1］梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)［M］.北京:中國標準出版社，2000.

［2］張克誠.抽水蓄能電站水能設(shè)計［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［3］上海華東水電工程咨詢有限公司.抽水蓄能電站:運行技術(shù)文集［M］.鄭州:黃河水利出版社，2006.

［4］李基成.METROSIL? SIC非線性電阻的性能特征［J］.水電廠自動化，2008，29(1):37 －40，44.