山美水電站機(jī)組甩負(fù)荷事件分析

黃菊珠

（福建省泉州市山美水庫(kù)管理處，福建 泉州 362000）

1 概述

山美水電站位于福建省南安市晉江東溪中游，水庫(kù)總庫(kù)容6.55 億m3，裝有2 臺(tái)16.5 MW 及1 臺(tái)30 MW 水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)端電壓10.5 kV。3 臺(tái)機(jī)組分別與3 臺(tái)主變壓器組成單元接線方式，經(jīng)主變壓器升壓后，通過(guò)電力電纜與開(kāi)關(guān)設(shè)備相連接向電網(wǎng)送電，電站主要采用單母線分段接線方式，其電氣主接線如圖1所示。2014年6月22日因110千伏山井線A相瞬時(shí)接地，零序保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作，山井線164開(kāi)關(guān)跳閘，開(kāi)關(guān)跳閘后山美水電站3 臺(tái)機(jī)組機(jī)端頻率上升到52 Hz以上，3臺(tái)機(jī)組高頻保護(hù)動(dòng)作引發(fā)機(jī)組甩負(fù)荷，造成#1、#2機(jī)過(guò)速停機(jī)，#3機(jī)轉(zhuǎn)到空載。

圖1 山美水電站主接線示意圖

2 故障前系統(tǒng)運(yùn)行方式

故障發(fā)生前，山美電站#1、#2、#3機(jī)均在運(yùn)行狀態(tài)且分別帶負(fù)荷16.5 MW、16.5 MW、30 MW，#1、#2、#3主變?cè)谶\(yùn)行狀態(tài)；110 kVⅠ、Ⅱ段母聯(lián)160開(kāi)關(guān)合閘狀態(tài)，110 kV 山井線、山春線在運(yùn)行狀態(tài)，110 kV山泉線166開(kāi)關(guān)在熱備用狀態(tài)；35 kVⅠ、Ⅱ段母聯(lián)300 開(kāi)關(guān)分閘，#1 主變35 kV 側(cè)負(fù)荷10.4 MW，#2主變35 kV側(cè)負(fù)荷13.3 MW。

3 故障時(shí)保護(hù)裝置及現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作情況

3.1 故障經(jīng)過(guò)

2014年6月22日08：30：39，110 kV山井線164開(kāi)關(guān)跳閘；隨后#1、#2 機(jī)開(kāi)關(guān)、MK 跳閘，關(guān)閉主閥，停機(jī)；#3 機(jī)開(kāi)關(guān)跳閘、機(jī)組空載位置；08：34 因110 kV永春線對(duì)方側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，至此35 kV饋線及廠用電消失。

3.2 故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作情況

（1）8：30 時(shí)110 kV 山井線A 相瞬時(shí)接地零序保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作跳開(kāi)164 開(kāi)關(guān)（對(duì)方零序Ⅳ段也動(dòng)作開(kāi)關(guān)跳閘，對(duì)方開(kāi)關(guān)無(wú)壓重合閘成功）。

（2）#1 機(jī)高頻Ⅰ、Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作（機(jī)端電壓頻率54.14 Hz、機(jī)端AB 線電壓106.93 V），601 開(kāi)關(guān)跳閘引起機(jī)組甩負(fù)荷，機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速上升造成電氣過(guò)速155%保護(hù)動(dòng)作緊急停機(jī)，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，主閥關(guān)閉機(jī)組停機(jī)。

（3）#2 機(jī)高頻Ⅰ、Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作（機(jī)端電壓頻率54.13 Hz、機(jī)端AB 線電壓106.40 V），602 開(kāi)關(guān)跳閘引起機(jī)組甩負(fù)荷，機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速上升造成電氣過(guò)速115%且主配拒動(dòng)引起水機(jī)事故保護(hù)動(dòng)作緊急停機(jī)，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，主閥關(guān)閉機(jī)組停機(jī)。

（4）#3 機(jī)高頻Ⅰ、Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作（機(jī)端電壓頻率54.14 Hz、機(jī)端AB 線電壓104.22 V），603 開(kāi)關(guān)跳閘，機(jī)組轉(zhuǎn)到空載位置（滅磁開(kāi)關(guān)沒(méi)有跳閘）。

（5）山井線164開(kāi)關(guān)跳閘及山美#1、#2、#3機(jī)甩負(fù)荷后，山美廠用電及35 kV 饋線由110 kV 山春線倒送供電，08：34由于110 kV永春線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，至此35 kV饋線用電及廠用電消失。

4 故障原因分析

（1）引發(fā)本次故障高頻動(dòng)作的原因。110 kV山井線164 開(kāi)關(guān)未跳閘前永春側(cè)倒送負(fù)荷約36 MW，山美3 臺(tái)機(jī)組帶負(fù)荷63 MW，扣除山美電站35 kV饋線負(fù)荷約25 MW，永春側(cè)及山美電站共向系統(tǒng)輸出負(fù)荷近75 MW，當(dāng)山井線故障164開(kāi)關(guān)跳閘后，近75 MW 的負(fù)荷疊加在永春及山美電站形成的小系統(tǒng)上，造成母線頻率急劇升高，引發(fā)機(jī)組繼電保護(hù)高頻保護(hù)動(dòng)作。

（2）正常情況下機(jī)組甩負(fù)荷后，會(huì)引起機(jī)組轉(zhuǎn)速和機(jī)端電壓升高，但在調(diào)速器和勵(lì)磁系統(tǒng)作用下，應(yīng)最終維持機(jī)組在空載狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。

本次故障中按照保護(hù)定值設(shè)定[高頻一段動(dòng)作（頻率52 Hz 時(shí)間0.5 s）、高頻二段保護(hù)動(dòng)作后跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、跳滅磁開(kāi)關(guān)]#1、#2機(jī)甩負(fù)荷后應(yīng)在空轉(zhuǎn)狀態(tài)不會(huì)停機(jī)。通過(guò)查找機(jī)組的監(jiān)控報(bào)告發(fā)現(xiàn)，#1機(jī)在高頻切機(jī)后機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到155%引起水輪機(jī)事故保護(hù)動(dòng)作緊急停機(jī)，而#2 機(jī)在高頻切機(jī)后機(jī)組轉(zhuǎn)速上升時(shí)電氣過(guò)速115%且主配拒動(dòng)引起水輪機(jī)事故保護(hù)動(dòng)作緊急停機(jī)；說(shuō)明此次保護(hù)動(dòng)作是正確的。

（3）#3 機(jī)按照保護(hù)定值設(shè)定應(yīng)在高頻切機(jī)后跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、跳滅磁開(kāi)關(guān)，但603 開(kāi)關(guān)跳閘，滅磁開(kāi)關(guān)沒(méi)有跳閘。經(jīng)查，原因是繼保人員在整定高頻保護(hù)時(shí)沒(méi)有將滅磁開(kāi)關(guān)跳閘回路接入。

（4）當(dāng)110 kVⅡ段母線頻率降低引發(fā)電力線路低頻保護(hù)動(dòng)作，造成110 kV 永春線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘后，35 kV饋線用電及廠用電消失就成為必然。

（5）3臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷后只有#1機(jī)電氣轉(zhuǎn)速上升到155%，而機(jī)組轉(zhuǎn)速升高的程度與機(jī)組當(dāng)時(shí)導(dǎo)葉開(kāi)度的大小與關(guān)閉速率有關(guān)。經(jīng)查看機(jī)組監(jiān)控報(bào)告，#1 機(jī)在導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程中分段關(guān)閉裝置在開(kāi)度53%時(shí)投入動(dòng)作造成導(dǎo)葉到全關(guān)時(shí)間達(dá)32 s，而#2機(jī)分段關(guān)閉裝置沒(méi)有動(dòng)作導(dǎo)葉到全關(guān)時(shí)間只有11 s、#3 機(jī)沒(méi)有安裝此套裝置，說(shuō)明過(guò)速是由此引起。但是在以前的甩負(fù)荷試驗(yàn)沒(méi)有造成過(guò)速，所以還應(yīng)進(jìn)一步查明原因。

5 故障暴露的問(wèn)題

（1）此次3 臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，永春側(cè)倒送負(fù)荷約36 MW，山美3 臺(tái)機(jī)負(fù)荷63 MW，近區(qū)負(fù)荷約25 MW，永春及山美向系統(tǒng)輸出近75 MW 負(fù)荷，當(dāng)山井線故障跳閘時(shí)，導(dǎo)致永春及山美機(jī)組甩負(fù)荷，各機(jī)組母線頻率升高，各機(jī)組繼電保護(hù)高頻保護(hù)動(dòng)作，使得發(fā)電廠出力嚴(yán)重缺失，永春及山美電站形成的小系統(tǒng)功率失去平衡，小系統(tǒng)頻率下降，造成電力線路低頻保護(hù)動(dòng)作，小系統(tǒng)崩潰。

（2）山美3臺(tái)機(jī)高頻保護(hù)整定值相同，造成3臺(tái)機(jī)高頻保護(hù)幾乎同時(shí)動(dòng)作。

（3）裝設(shè)在調(diào)速器接力器上的導(dǎo)葉兩段關(guān)閉裝置#1機(jī)有動(dòng)作、#2機(jī)沒(méi)有動(dòng)作、#3機(jī)沒(méi)有裝設(shè)此套裝置。

（4）機(jī)組過(guò)速保護(hù)動(dòng)作不正確。

（5）繼電保護(hù)整定值與實(shí)際設(shè)置不相符。

6 整改措施

（1）經(jīng)調(diào)度部門(mén)同意在保護(hù)定值未調(diào)整前將3臺(tái)機(jī)組的高頻保護(hù)退出運(yùn)行。

（2）與調(diào)度部門(mén)進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通將山美電站的3臺(tái)機(jī)組高頻保護(hù)進(jìn)行調(diào)整（現(xiàn)3 臺(tái)機(jī)組的高頻保護(hù)均整定為頻率52 Hz、時(shí)間0.5 s），3臺(tái)機(jī)組的高頻保護(hù)在時(shí)限、定值應(yīng)進(jìn)行排序相互錯(cuò)開(kāi)，根據(jù)不同頻率不同時(shí)段保護(hù)動(dòng)作，防止高頻保護(hù)動(dòng)作3 臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷影響系統(tǒng)及電站的安全運(yùn)行。

（3）對(duì)#1、#2 機(jī)進(jìn)行一次反事故演練，兩臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)速器試驗(yàn)分析#1機(jī)轉(zhuǎn)速上升到155%的具體原因。查明#2機(jī)導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置不能投入動(dòng)作的原因，必要時(shí)予以更換；在對(duì)#3 機(jī)技術(shù)改造時(shí)應(yīng)加裝導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置，防止機(jī)組甩負(fù)荷后導(dǎo)葉快速關(guān)閉產(chǎn)生過(guò)大的水錘壓力，造成對(duì)壓力鋼管的破壞，影響電站的安全運(yùn)行。

（4）改變機(jī)組的運(yùn)行方式：如果3 臺(tái)機(jī)組同時(shí)發(fā)電運(yùn)行，應(yīng)合上山泉線166 開(kāi)關(guān)、斷開(kāi)Ⅰ、Ⅱ段母聯(lián)160開(kāi)關(guān)，#1、#2機(jī)組通過(guò)山井線164開(kāi)關(guān)及山春線165 開(kāi)關(guān)和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)送電，#3 機(jī)通過(guò)山泉線166開(kāi)關(guān)和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)送電。此運(yùn)行方式可以防止當(dāng)線路故障時(shí)不會(huì)造成電站3 臺(tái)機(jī)組同時(shí)停機(jī)，保證系統(tǒng)和電站的安全運(yùn)行。

（5）必須加強(qiáng)設(shè)備巡回檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，尤其對(duì)有異常的保護(hù)裝置，必須及時(shí)采取措施，嚴(yán)禁投入系統(tǒng)。

7 結(jié)語(yǔ)

山美水電站在泉州電網(wǎng)中不僅擔(dān)負(fù)著調(diào)峰調(diào)頻的作用，而且還是電網(wǎng)的事故備用電源，對(duì)泉州電網(wǎng)的安全起著重要作用。在本次甩負(fù)荷故障發(fā)生后運(yùn)行人員沉著應(yīng)對(duì)并在調(diào)度人員的指揮下很快就將機(jī)組重新投入運(yùn)行，雖然沒(méi)有造成嚴(yán)重后果，但作為技術(shù)管理部門(mén)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)改變運(yùn)行方式，加強(qiáng)繼電保護(hù)定值的審核，有異常的保護(hù)裝置不投入運(yùn)行，確保電站及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。