一起廠用電倒閘引起的廠用電LCU控制器重啟事件分析

尹志超

（云南華電阿海公司，云南 麗江674100）

1 引言

某水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與寧蒗縣（左岸）交界的金沙江中游河段，總裝機(jī)容量2 000 MW（5×400 MW）。該水電站交流廠用電用于維持生產(chǎn)所需的設(shè)備及照明的用電[1]，采用10 kV和400 V兩級(jí)電壓供電，10 kV供電系統(tǒng)分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，電源取自與1、3、5號(hào)主變相連的11B、13B、15B廠高變，饋線開關(guān)經(jīng)降壓后供電至400 V廠用電母線A、B段；400 V系統(tǒng)按功能及負(fù)荷中心分布情況分為機(jī)組自用電、公用電、照明用電、壩區(qū)用電，均配置A、B兩段母線，電源取自10 kV廠用電母線[2]。10 kV廠用電及400 V廠用電都設(shè)有備用電源自投裝置，倒閘操作過(guò)程中，允許10 kV或400 V交流母線短時(shí)失電。

該水電站曾發(fā)生了一起廠用電倒閘引起的廠用電LCU控制器重啟事件，該事件雖未對(duì)安全生產(chǎn)造成后果，但事件的本質(zhì)是直流系統(tǒng)蓄電池組異常導(dǎo)致的重要設(shè)備直流電源消失。直流系統(tǒng)主要為廠內(nèi)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置、主合閘回路提供控制電源、事故后的照明電源及監(jiān)測(cè)電源，即使在發(fā)生事故，失去交流電的情況下，仍能對(duì)直流用電設(shè)備提供不間斷工作電源[3]。若交流倒閘引起直流系統(tǒng)供電異常，導(dǎo)致斷路器、繼電保護(hù)、安穩(wěn)裝置等設(shè)備直流電源消失，則可能造成嚴(yán)重的“拒動(dòng)”事故。

2 故障分析

2018年1月20日，該水電站在操作10 kV廠用電Ⅰ段聯(lián)絡(luò)Ⅱ段運(yùn)行倒閘為Ⅱ段聯(lián)絡(luò)Ⅰ段運(yùn)行的過(guò)程中，斷開Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)0102開關(guān)、10 kVⅠ段失電后，無(wú)法合上10 kVⅠ段進(jìn)線0011開關(guān)，經(jīng)檢查，10 kVⅠ段相連的全部開關(guān)“狀態(tài)壞質(zhì)量”、都無(wú)法操作，約2 min后，10 kVⅠ段相連的開關(guān)狀態(tài)恢復(fù)正常，后續(xù)倒閘操作得以正常進(jìn)行。

檢查發(fā)現(xiàn)，10 kVⅠ段相連的全部開關(guān)“狀態(tài)壞質(zhì)量”的原因?yàn)椋?0 kVⅠ段操作失電后，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地LCU C01單元（10 kVⅠ段）控制器立即進(jìn)行了重啟，重啟完成后，10 kVⅠ段相連的全部開關(guān)狀態(tài)才恢復(fù)正常。

2.1 原因查找分析

2.1.1 10 kV廠用電Ⅰ段LCU C01單元供電電源走向

10 kV廠用電Ⅰ段現(xiàn)地LCU C01單元由交直流共2路輸入電源經(jīng)雙電源供電模塊RP1后供電，交流電源取自10 kVⅠ段供電的400 V第1組供電A段，直流電源取自公用及廠用220 V直流系統(tǒng)Ⅰ段母線。公用及廠用220 V直流系統(tǒng)Ⅰ段母線由400 V公用一組A、B段兩路交流供電。

2.1.2 10 kV廠用電Ⅰ段LCU C01單元控制器重啟經(jīng)過(guò)及原因分析

（1）10 kVⅠ段LCU C01單元控制器重啟的經(jīng)過(guò)

經(jīng)查詢計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)事件記錄及曲線，確定10 kVⅠ段LCU C01單元控制器重啟經(jīng)過(guò)如下。

1）03:58:30上位機(jī)斷開10 kV 0102開關(guān)，10 kV廠用電Ⅰ段失電。

2）03:58:30～04:00:23，監(jiān)控系統(tǒng)未采集到廠用及公用直流系統(tǒng)蓄電池組電壓、Ⅰ段母線電壓、1號(hào)充電機(jī)電壓、1號(hào)充電機(jī)電流，說(shuō)明此期間公用LCU也停止工作（公用LCU與廠用電LCU C01供電都是來(lái)自公用1組和公用及廠用直流系統(tǒng)Ⅰ段母線）。根據(jù)04:03:50分開0013斷路器，04:04:03合0102斷路器，進(jìn)行倒換10 kV廠用電時(shí)出現(xiàn)的“廠用及公用直流系統(tǒng)Ⅰ段母線電壓”下降至最低163.11 V。推測(cè)03:58:30～04:00:23期間“廠用及公用直流系統(tǒng)Ⅰ段母線電壓、蓄電池組”也有壓降現(xiàn)象。

4）03:58:31～04:00:37，上位機(jī)采集不到 10 kV Ⅰ段的數(shù)據(jù)（10 kVⅠ段進(jìn)線開關(guān)、饋線開關(guān)位置信號(hào)等），說(shuō)明在此期間廠用電LCU C01停止工作。

5）03:59:18上位機(jī)報(bào)廠用電LCU C01單元控制器離線。

6）04:00:07廠用電LCU C01單元控制器在線。

7）04:00:23上位機(jī)下令合上10 kV 0011進(jìn)線開關(guān)，10 kVⅠ段復(fù)電正常。

（2）10 kV Ⅰ段LCU C01單元控制器重啟原因

03:58:30上位機(jī)斷開10 kV 0102聯(lián)絡(luò)開關(guān)，直至04:00:23合上10 kV 0011進(jìn)線開關(guān)期間，10 kV廠用電Ⅰ段失電；期間10 kVⅠ段LCU C01單元交流輸入電源失電，LCU C01單元僅由公用及廠用220 V直流系統(tǒng)Ⅰ段母線為其提供輸入電源。

10 kV廠用電Ⅰ段失電后（公用1組A段也同時(shí)失電），電源切換裝置將公用及廠用220 V直流系統(tǒng)1號(hào)充電柜的電源由公用1組A段切換至公用1組B段。切換裝置進(jìn)行電源切換期間會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的供電中斷，在供電中斷期間由公用及廠用220 V直流系統(tǒng)蓄電池組為Ⅰ段母線供電。蓄電池在供電后電壓迅速下降，導(dǎo)致了LCU C01單元控制器供電不正常而重啟。

2.2 公用及廠用220 V直流系統(tǒng)Ⅰ段母線蓄電池組放電試驗(yàn)

為驗(yàn)證公用及廠用220 V直流系統(tǒng)蓄電池組放電時(shí)間是否滿足規(guī)程規(guī)范要求，輔助分析廠用電倒換過(guò)程中出現(xiàn)的LCU現(xiàn)地控制器重啟事件，開始對(duì)公用及廠用220 V直流系統(tǒng)蓄電池進(jìn)行放電試驗(yàn)。

2.2.1 放電過(guò)程

2月2日12：47，完成電池監(jiān)測(cè)模塊接線后，開啟試驗(yàn)儀器，各蓄電池電壓正常。進(jìn)入放電界面，點(diǎn)擊放電后約18 s，試驗(yàn)儀器跳閘，報(bào)“監(jiān)測(cè)模塊故障”。檢查發(fā)現(xiàn)70號(hào)蓄電池?zé)o壓，反復(fù)確認(rèn)接線無(wú)誤后，用萬(wàn)用表直流電壓檔進(jìn)行測(cè)試：70號(hào)蓄電池四組正負(fù)極電壓不一致，其中兩組端子間電壓為0 V，另兩組端子電壓為2.13 V，考慮該蓄電池已損壞，對(duì)70號(hào)蓄電池進(jìn)行隔離。70號(hào)蓄電池隔離后，又發(fā)現(xiàn)26號(hào)、76號(hào)蓄電池存在同樣異常，也進(jìn)行隔離。15：13，隔離完70號(hào)、26號(hào)、76號(hào)3節(jié)蓄電池后（工作前已經(jīng)拆掉3號(hào)、82號(hào)蓄電池），公用及廠用220 V直流系統(tǒng)蓄電池組開始正常放電。經(jīng)過(guò)47 min 46 s，90號(hào)蓄電池到達(dá)單體下限1.8 V，結(jié)束此次公用及廠用220 V直流系統(tǒng)蓄電池組放電試驗(yàn)，恢復(fù)試驗(yàn)蓄電池組正常充電。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

參與放電蓄電池99節(jié)（本次工作前已經(jīng)拆掉3號(hào)、82號(hào)蓄電池，試驗(yàn)時(shí)拆掉70號(hào)、76號(hào)、26號(hào)），放電電流100 A，單體下限1.8 V，最終放電時(shí)長(zhǎng)47 min 46 s。放電前組端電壓215 V，放電結(jié)束后，組端電壓201.5 V。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)論

對(duì)蓄電池組放電過(guò)程及放電結(jié)果分析：蓄電池組隔離掉異常蓄電池后，不帶負(fù)荷前組端電壓較低，帶上負(fù)荷后，組端電壓存在無(wú)法滿足負(fù)荷設(shè)備正常工作電壓，從而導(dǎo)致負(fù)荷失電問(wèn)題；放電時(shí)長(zhǎng)也遠(yuǎn)低于規(guī)程要求的放電時(shí)長(zhǎng)[4]。

3 反事故措施制定及執(zhí)行

3.1 公用及廠用220 V直流系統(tǒng)蓄電池組參數(shù)更改及蓄電池緊急采購(gòu)

將異常蓄電池從蓄電池組中隔離后，還剩下99節(jié)蓄電池，對(duì)相應(yīng)充電柜充電參數(shù)進(jìn)行修改：1號(hào)充電柜將原均充電壓242 V改為230 V，原浮充電壓232 V改為220 V，原電池節(jié)數(shù)104節(jié)改為99節(jié)。

鑒于蓄電池放電時(shí)長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)程要求，并且存在組端電壓較低無(wú)法滿足負(fù)荷設(shè)備正常供電風(fēng)險(xiǎn)，啟動(dòng)緊急采購(gòu)流程，更換不合格的蓄電池組。同時(shí)，根據(jù)南網(wǎng)的反事故措施要求，配置有兩套蓄電池組的按兩個(gè)不同廠家產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行采購(gòu)及使用。

3.2 加強(qiáng)全廠直流系統(tǒng)蓄電池組日常運(yùn)維及定期充放電試驗(yàn)

直流系統(tǒng)蓄電池組日常檢查維護(hù)工作，包括記錄電壓值數(shù)據(jù)，與歷史數(shù)據(jù)比較后分析數(shù)據(jù)的異常；檢查蓄電池外觀是否存在封裝脹裂、電池液泄漏等；檢查蓄電池電極有無(wú)漏液、腐蝕等；對(duì)蓄電池的外部進(jìn)行濕抹布擦拭，做好防塵處理等；檢查時(shí)必須做好相關(guān)情況的準(zhǔn)確記錄，為后續(xù)的檢查工作和故障處理提供參考依據(jù)。

充放電試驗(yàn)是針對(duì)蓄電池的主要維護(hù)方法，能夠?qū)﹂L(zhǎng)期應(yīng)用的蓄電池性能進(jìn)行科學(xué)地檢查，通常試驗(yàn)需要定期進(jìn)行，對(duì)于存在問(wèn)題的蓄電池及時(shí)予以處理，能夠提前預(yù)防蓄電池故障的發(fā)生，有效降低直流系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)[4]。若經(jīng)過(guò) 3 次全核對(duì)性放充電，蓄電池組容量均達(dá)不到額定容量的80 %，可認(rèn)為此組閥控蓄電池使用年限已到，應(yīng)安排更換[5]。

將更換下來(lái)的故障蓄電池送至專業(yè)蓄電池檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，進(jìn)一步查明蓄電池質(zhì)量惡化原因。參考《南方電網(wǎng)閥控鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范書》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完善廠內(nèi)蓄電池運(yùn)行及檢修管理標(biāo)準(zhǔn)，并在后續(xù)的蓄電池采購(gòu)中加強(qiáng)質(zhì)量把控。

3.3 直流系統(tǒng)蓄電池組正常前的交流廠用電倒閘方式

未確定全廠直流系統(tǒng)蓄電池組正常前，廠用電倒閘操作時(shí)，必須執(zhí)行的一個(gè)重要的反措要求：防止蓄電池組的充電機(jī)交流電源消失，避免蓄電池容量不足導(dǎo)致異?；蚴鹿?。按如下順序進(jìn)行倒閘：

（1）交流廠用電倒閘操作前仔細(xì)核對(duì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，將會(huì)受影響的兩段直流母線提前并聯(lián)運(yùn)行；

（2）手動(dòng)操作切換充電機(jī)交流電源到不停電輸入口，檢查無(wú)異常后將兩段直流分段運(yùn)行；

（3）禁止直接用10 kV備自投或直接操作10 kV廠用電進(jìn)線或聯(lián)絡(luò)開關(guān)的方式倒換廠用電；

（4）400 V廠用電倒換：先逐段操作相應(yīng)400 V各段母線，減少400 V母線失電時(shí)間，并避免多段400 V母線同時(shí)失電造成較多負(fù)荷由直流母線供電，進(jìn)而減少對(duì)直流母線的負(fù)載沖擊；

（5）10 kV廠用電倒換：停電時(shí)先斷開各400 V母線開關(guān)，后斷開各10 kV饋線開關(guān)，最后斷開10 kV進(jìn)線開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)，送電時(shí)相反。

3.4 改變LCU C01單元電源接線

將10 kVⅠ段LCU C01單元交流輸入電源改由400 V公用2組B段供電，正常倒閘操作時(shí)，400 V公用2組B段（取自10 kV廠用電Ⅲ段）與公用1組A段（取自10 kV廠用電Ⅰ段）、公用1組B段（取自10 kV廠用電Ⅱ段）不會(huì)同時(shí)失電，則正常情況下的倒閘操作，可避免10 kVⅠ段LCU C01單元失電重啟。

全廠其它重要設(shè)備由交直流兩路電源供電時(shí)，在具備條件時(shí)，可參照10 kVⅠ段LCU C01單元對(duì)輸入電源做接線改造。

4 結(jié)論

當(dāng)廠內(nèi)交流電源失電后，直流系統(tǒng)通過(guò)蓄電池對(duì)廠內(nèi)負(fù)載進(jìn)行供電，以維持電站的正常運(yùn)行，因此蓄電池的穩(wěn)定性以及實(shí)際容量對(duì)保障廠內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行起到了重要作用，但是蓄電池在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，如某些蓄電池故障導(dǎo)致內(nèi)阻過(guò)大甚至開路，在直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)為蓄電池單獨(dú)供電時(shí)，瞬時(shí)的大電流可能使得蓄電池直接開路，則不能為設(shè)備提供足夠的電量，就會(huì)引起設(shè)備停運(yùn)，此時(shí)若發(fā)生機(jī)組、主變、線路等故障，由于繼電保護(hù)裝置沒(méi)有直流電源供電無(wú)法正確動(dòng)作，引起越級(jí)跳閘，從而使得事故范圍擴(kuò)大[6]。

電氣倒閘操作是水電廠運(yùn)行的重點(diǎn)、難點(diǎn)工作之一，是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的事故高發(fā)工作，運(yùn)行人員在操作前需要熟悉運(yùn)行方式、一二次設(shè)備性能和相關(guān)規(guī)程，做好危險(xiǎn)點(diǎn)分析與預(yù)控，才能從中優(yōu)化出最佳的操作方法，進(jìn)而有效控制誤操作。如何安全、可靠地執(zhí)行電氣倒閘操作，是水電廠運(yùn)行人員必備的核心技能[7]，廠用電倒閘操作是水電廠較頻繁、較復(fù)雜的電氣倒閘操作之一，運(yùn)行人員不應(yīng)由于廠用電倒閘是較日常的電氣倒閘操作就忽視了其危險(xiǎn)性和重要性。操作前做足危險(xiǎn)點(diǎn)分析及預(yù)控，特別應(yīng)充分預(yù)估交流失電對(duì)直流系統(tǒng)及調(diào)速器油泵等重要設(shè)備的影響，盡量從反事故措施的角度，在操作過(guò)程中杜絕對(duì)直流系統(tǒng)及重要設(shè)備可能造成的風(fēng)險(xiǎn)，確保廠用電倒閘操作安全、可控。