線路跳閘導(dǎo)致機(jī)組過速保護(hù)動作仿真分析與處理

線路跳閘導(dǎo)致機(jī)組過速保護(hù)動作仿真分析與處理

金培軍

(新疆地方電力中心試驗研究所， 新疆 烏魯木齊830000)

【摘要】本文分析了一起220kV送出線路單相接地故障跳閘，重合于永久故障后線路跳閘。機(jī)組孤網(wǎng)運行情況下機(jī)組過速保護(hù)動作，全廠交流失壓，后機(jī)組開機(jī)并入系統(tǒng)運行正常。事故顯示送出線路故障跳開后，機(jī)組進(jìn)入孤網(wǎng)運行狀態(tài)，PI調(diào)節(jié)方式下機(jī)組頻率振蕩，機(jī)組高頻保護(hù)動作導(dǎo)致緊急停機(jī)，機(jī)組緊急停機(jī)造成全廠及孤網(wǎng)交流失壓。機(jī)組故障仿真及事故過程分析顯示，隨著孤網(wǎng)運行模式的變換，機(jī)組孤網(wǎng)運行判據(jù)應(yīng)相應(yīng)修正并予以試驗。

【關(guān)鍵詞】線路； 跳閘；仿真分析；孤網(wǎng)運行模式

中圖分類號：TV734

Simulation analysis and treatment of unit over-speed protection

action due to line tripping

JIN Peijun

(XinjiangLocalPowerCenterTestResearchInstitute,Urumqi830000,China)

Abstract:In the paper, a single-phase grounding failure tripping on 220kV outgoing line is analyzed, which is overlapped with line tripping after permanent failure. The unit has over-speed protection action under the condition of unit isolated network operation. The whole plant suffers from AC under-voltage. The rear unit is started and incorporated into the system for normal operation. After outgoing line failure tripping is displayed due to accident, the unit enters into isolated network operation state. The unit frequency is fluctuated under PI regulation mode. Unit high frequency protection results in emergency suspension. The whole plant and isolated network suffer from AC under-voltage due to the emergency suspension of unit. Unit failure simulation and accident process analysis show that unit isolated network operation judgment should be correspondingly corrected and tested with the change of isolated network operation mode.

Key words: line; tripping; simulation analysis; isolated network operation mode

下坂地水電站地處高寒、高海拔山區(qū)，裝機(jī)容量為3×50MW，電氣主接線采用發(fā)變組單元接線，機(jī)端額定電壓10.5kV，經(jīng)10.5kV母線送至額定容量為63MVA三相雙線圈無勵磁調(diào)壓升壓變壓器SSP9—63000/220的低壓側(cè)，主變高壓側(cè)送至220kV單母線，經(jīng)由母線送至220kV坂英線與220kV降壓站。

1線路故障跳閘后的異常現(xiàn)象

2014年11月25日17時29分，1號發(fā)變組并網(wǎng)[1]發(fā)電，有功功率20MW，4號主變?yōu)檫\行狀態(tài)，負(fù)載15.2MW，坂英線負(fù)載3.9MW，坂士線、坂齊線、1號廠變、1號隔離變?yōu)檫\行狀態(tài)，2號、3號機(jī)停機(jī)熱備。電氣一次主接線如圖1所示。

圖1　下坂地水電站電氣一次主接線

17時29分7.083秒，220kV坂英線2919光纖及差動距離保護(hù)動作，1號機(jī)事故停機(jī)，1號機(jī)組大于115%轉(zhuǎn)速水機(jī)常規(guī)保護(hù)動作，220kV坂英線2919斷路器跳閘，220kV 4號主變高壓側(cè)斷路器2204跳閘，220kV 1號主變高壓側(cè)斷路器2201跳閘，10.5kV 1號發(fā)電機(jī)出口斷路器1001跳閘，全廠交流失壓。

2事故原因分析

坂英線故障光纖差動保護(hù)錄波如圖2所示。

圖2　坂英線故障光纖差動保護(hù)錄波

線路光纖差動保護(hù)錄波顯示：坂英線C相接地，線路光纖差動保護(hù)動作，單相重合閘啟動后合閘于永久故障，坂英線線路2919跳閘。

坂英線2919斷路器跳閘后，調(diào)速器檢測到主變高壓側(cè)斷路器未跳閘的情況下仍為并網(wǎng)運行模式，孤網(wǎng)運行頻率波動范圍大，頻率波動范圍超出50.03Hz，調(diào)速器一次調(diào)頻功能啟動，因超調(diào)機(jī)組大于115%電氣額定轉(zhuǎn)速，水機(jī)常規(guī)保護(hù)[2]動作于停機(jī)。造成本次機(jī)組水機(jī)常規(guī)保護(hù)動作的原因為下坂地站220kV降壓站未接入主網(wǎng)時，塔縣電網(wǎng)通過10kV母線與下坂地并網(wǎng)，1號機(jī)孤網(wǎng)試驗時，孤網(wǎng)運行方式默認(rèn)為1號發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘。下坂地站220kV降壓站接入主網(wǎng)后，塔縣電網(wǎng)通過220kV降壓站降壓為110kV后接入主電網(wǎng)。

3故障仿真分析

下坂地水電站單機(jī)容量50MW，單機(jī)孤網(wǎng)運行時最高負(fù)荷不足20MW，PID參數(shù)優(yōu)先穩(wěn)定性，空載運行工況下線性MATLAB平臺仿真模型[3]如圖3所示，其對象參數(shù)為Ty=0.2，ey=0.74，eqh=0.491，eh=1.4,eqy=0.78，Tw=1.62s,Ta=6.67s，Tb=2.001s，en=1，其中，Ty為接力器反應(yīng)時間常數(shù)；ey為水輪機(jī)力矩對導(dǎo)葉開度的傳遞函數(shù)；eqh為水輪機(jī)流量對水頭的傳遞函數(shù)；eh為水輪機(jī)力矩對水頭的傳遞函數(shù)；eqy為水輪機(jī)流量對導(dǎo)葉開度的傳遞函數(shù)；Tw為水流慣性時間常數(shù)；Ta為機(jī)組慣性時間常數(shù)；Tb為電網(wǎng)慣性時間常數(shù)；en為機(jī)組綜合自調(diào)節(jié)系數(shù)。

圖3　水輪機(jī)線性調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型

單機(jī)孤網(wǎng)PID調(diào)節(jié)模式下空載穩(wěn)定性如圖4所示。

圖4　單機(jī)孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式下空載穩(wěn)定性曲線

空載穩(wěn)定性仿真顯示：機(jī)組進(jìn)入空載運行后，抗2Hz頻率擾動高頻達(dá)55.08Hz，后逐步趨于穩(wěn)定。機(jī)組并網(wǎng)運行狀態(tài)下，遇出線故障跳閘，機(jī)組進(jìn)入頻率調(diào)節(jié)模式應(yīng)能可靠自穩(wěn)。

為還原坂英線2919斷路器跳閘后機(jī)組過速保護(hù)動作情況，搭建了故障狀態(tài)線性MATLAB平臺仿真模型[4]，如圖5所示。

仿真結(jié)果如圖6所示。

圖5　坂英線故障跳閘系統(tǒng)仿真模型

圖6　仿真結(jié)果

仿真結(jié)果表明：故障狀態(tài)下，機(jī)組開度調(diào)節(jié)即PI調(diào)節(jié)模式，一次調(diào)頻狀態(tài)下比例系數(shù)Kp設(shè)定為5，孤網(wǎng)下頻率振蕩至高點75.22Hz。機(jī)組進(jìn)入孤網(wǎng)運行狀態(tài)后，機(jī)組115%電氣過速保護(hù)動作于水機(jī)停機(jī)。

水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)比例系數(shù)Kp越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，但產(chǎn)生超調(diào)和振蕩甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。仿真結(jié)果清晰表明：線路故障[5]狀態(tài)下，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)因未切換至空載頻率調(diào)節(jié)模式導(dǎo)致超調(diào)，機(jī)組過速保護(hù)動作于停機(jī)。

4故障技術(shù)處理措施

調(diào)速器孤網(wǎng)運行條件下的自穩(wěn)，調(diào)速器電調(diào)應(yīng)采用頻率調(diào)節(jié)模式即PID調(diào)節(jié)方式，孤網(wǎng)與主網(wǎng)運行調(diào)速器調(diào)節(jié)模式的切換應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)運行條件的變化修改。在電網(wǎng)電源點薄弱的區(qū)域(如南疆孤網(wǎng))，為避免事故情況下如送出線路故障跳閘而誘發(fā)機(jī)組過速保護(hù)停機(jī)，孤網(wǎng)調(diào)頻邏輯切換根據(jù)電網(wǎng)運行情況進(jìn)行修訂。

更換孤網(wǎng)判據(jù)：發(fā)電態(tài)下增加孤網(wǎng)運行模式，在坂英線斷路器分位、網(wǎng)頻大于50.30Hz即坂英線對側(cè)斷路器跳閘或網(wǎng)頻波動過大，機(jī)組轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運行模式即頻率調(diào)節(jié)模式運行，發(fā)電態(tài)下轉(zhuǎn)入頻率調(diào)節(jié)模式后，機(jī)組機(jī)頻跟蹤頻率給定50Hz。與大電源網(wǎng)連接的模式下，調(diào)速器采用開度調(diào)節(jié)模式即PI調(diào)節(jié)方式，機(jī)組并網(wǎng)一次調(diào)頻運行顯示機(jī)組調(diào)頻性能良好。

5現(xiàn)場處理

5.1硬接線回路改造

硬接線回路將坂英線2919斷路器輔助接點的常開點引入調(diào)速器開入，在接線過程中，因220kV線路保護(hù)重合閘功能投入，坂英線2919斷路器A、B、C相輔助接點常開點采用并聯(lián)方式接入系統(tǒng)。

5.2軟件完善

調(diào)速器軟件利用邏輯判據(jù)對調(diào)速器孤網(wǎng)進(jìn)行了修訂。機(jī)組并網(wǎng)運行方式下，調(diào)速器PCC開關(guān)量輸入檢測到坂英線斷路器分位即三相跳閘后轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)；另調(diào)速器PCC模擬量輸入檢測網(wǎng)頻超過50.3Hz后轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式。

由于下坂地水電站110kV接帶部分系統(tǒng)負(fù)荷，為保障220kV坂英線跳閘后下坂地水電站孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性，優(yōu)化下坂地水電站穩(wěn)控相關(guān)策略。若穩(wěn)控系統(tǒng)判斷1號機(jī)組、2號機(jī)組、3號機(jī)組無故障跳閘，同時啟動前跳閘機(jī)組功率和大于20MW，則向英吉沙站發(fā)機(jī)組跳閘信息，經(jīng)英吉沙站轉(zhuǎn)發(fā)至金鹿變，由金鹿變執(zhí)行連鎖策略。

5.3電氣過速保護(hù)定值修改

原水機(jī)保護(hù)設(shè)計過速保護(hù)設(shè)定為：電氣過速115%電氣額定轉(zhuǎn)速即動作于機(jī)組緊急停機(jī)。從圖4中看到，機(jī)組達(dá)到115%電氣額定轉(zhuǎn)速后機(jī)組轉(zhuǎn)速上升趨勢偏緩，調(diào)速器電調(diào)處于可調(diào)節(jié)狀態(tài)，機(jī)組具備自穩(wěn)條件。為了保障孤網(wǎng)條件下的自調(diào)節(jié)，將機(jī)組電氣過速保護(hù)定值修訂為130%電氣額定轉(zhuǎn)速報警，機(jī)組停機(jī)設(shè)置為140%電氣過速保護(hù)停機(jī)。

6建議

隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷變化，機(jī)組孤網(wǎng)運行模式判據(jù)會發(fā)生相應(yīng)變化，為保障電網(wǎng)及電廠的運行安全，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)變化情況適時完善機(jī)組孤網(wǎng)判據(jù)，并結(jié)合機(jī)組檢修展開試驗驗證。

在電源點薄弱區(qū)域，機(jī)組進(jìn)入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)后，機(jī)組頻率波動大，調(diào)速器頻率調(diào)節(jié)會出現(xiàn)較大范圍波動。一旦機(jī)組頻率波動大，易誘發(fā)調(diào)速器事故低油壓動作，進(jìn)而引發(fā)機(jī)組事故停機(jī)，極端情況下易引發(fā)全廠交流失壓。為確保設(shè)備運行安全，應(yīng)適時有針對性地開展反事故演習(xí)，重點針對機(jī)組不利運行工況,才能更好地保證電廠的安全運行[6]。事故同時凸顯了涉網(wǎng)試驗對機(jī)組安全運行的重要性，對類似電站管理有一定的參考價值和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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