抽水蓄能电站一起灭磁电阻烧毁事故分析

单 锋，王 炯

(华东桐柏抽水蓄能发电有限公司，浙江天台 317200)

0 引言

抽水蓄能电站是一种日调节电厂，其发电机具有电动工况，水轮机具有水泵工况，在用电低谷时利用电网过剩电力将水从下水库抽到上水库储存，在用电高峰再放水发电，抽水蓄能低吸高发功能，实现了电能的有效存储.抽水蓄能技术洁净环保、运行灵活、反应快速，在系统中具有调峰填谷、调频调相、事故黑启动等功能，是电网系统的蓄电池［1］.

1 设备概况

某抽水蓄能电厂共有四台300MW机组，机端电压18 kV，机组和主变采用联合单元接线，主变高压侧电压500 kV，500 kV系统采用二进二出内桥接线方式，正常运行方式为500 kV桥开关在合闸位置，500 kV系统合环运行.电厂主接线见图1.

机端18 kV系统电气设备包括发电电动机及其出口至主变低压侧的所有设备，包括:机组开关、换相闸刀、机组压变、电气制动闸刀、被拖动闸刀、拖动闸刀、机组开关两侧的地刀、主变低压侧压变、机组励磁变、主变低压侧地刀、厂变及SFC输入闸刀(仅一、四号主变低压侧有)、厂变高压开关、SFC输入开关及启动母线闸刀等设备.

换相闸刀为抽水蓄能电站特有设备，以满足机组发电方向和抽水方向运行对相序的不同要求，它为五极隔离闸刀，其中B相闸刀为发电和抽水运行工况所公用，发电工况:A1、B、C1 三相合闸，抽水工況:A2、B、C2三相合闸，把相序从A、B、C换成C、B、A，实现机组旋转方向的转变，机组停机状态换相闸刀五极在分状态.

拖动闸刀、被拖动闸刀及启动母线为抽水蓄能电站的特有设备，是为了满足机组抽水启动而设置.整个起动回路设备包括:四套发电电动机拖动、被拖动闸刀，启动母线Ⅰ段闸刀、地刀，启动母线Ⅱ段闸刀、地刀，SFC设备，SFC输入、输出电抗器，SFC输入、输出开关，厂变及SFC输入闸刀，起动回路离相封闭母线，电缆组成.启动母线上的被拖动闸刀靠机组侧已固定换相.

图1 主电气回路图

机组要运行于抽水工况需经由抽水调相工况，抽水调相工况是一种机组运行于抽水方向，为减少拖动动能其水轮机转轮在空气中转动，只从系统吸收很少有功的运行方式，该运行方式可调节系统无功，但主要作为抽水工况的过渡工况［2］.

机组正常抽水启动采用SFC(静止变频启动装置)拖动，BTB(背靠背)即用一台机组去拖动另一台机组为备用方式.若用SFC装置来启动一号机，则一号机的隔离措施同上，二号机的拖动、被拖动闸刀要在分，启动母线Ⅰ段地刀在分，启动母线Ⅱ段闸刀、地刀在分，一号机定子引出线通过合一号机被拖动闸刀和合启动母线Ⅰ段闸刀，SFC输出开关与SFC装置构成回路，靠SFC装置来拖动一号机泵工况启动至额定转速.若用一号机拖动二号机泵工况启动时，二号机开关，二号机拖动闸刀要在分，二号机开关机组侧地刀在分，启动母线Ⅰ段闸刀、地刀在分，一号机被拖动闸刀在分，一号机换相闸刀五极在分，一号机开关换相闸刀侧地刀和机组侧地刀都在分，二号机定子引出线通过合二号机被拖动闸刀和合一号机拖动闸刀和合一号机开关，与一号机的定子引出线构成回路，让一号机工作在发电状态，拖动二号机泵工况启动至额定转速［3］.

2 事故分析

某日，机组进行相关试验，要求一号机BTB拖动二号机抽水调相开机，将二号机拖至100%转速后转停机.当二号机被拖至100%转速后，上位机下停机令，一号机通讯CPU死机，二号机执行停机过程中灭磁电阻烧毁，停机过程二号机低频过流保护动作.

分析历史事件，一号机BTB拖动二号机开机起始阶段情况正常，当二号机100%转速后，一号机上位机报“LCU1 C2通讯故障”、“LCU4 C4通讯故障”，随后根据试验需要上位机给二号机下停机令，二号机收到停机令后转停机流程，而此时一号机发“LCU1内部组件故障报警，一号机没有执行停机令，一号机与上位机失去联系.

由于一号机没有执行停机令，原本停机过程中应分开一号机拖动闸刀的命令没有被执行.机组逻辑中，拖动机的拖动闸刀分闸是被拖动机被拖动刀分闸的前提条件.因而一号机拖动闸刀没有分开直接导致二号机被拖动闸刀也没有分开.这样一号机仍通过一号机GCB、一号机拖动闸刀、启动母线、二号机被拖到闸刀、二号机定子形成电气回路，见图2.

图2 BTB主电气回路图

查看相关信号可知，上位机给二号机下停机令后，近四分钟后二号机转速＜90%才报出.在这段时间内，一号机没有停机，给二号机定子施加接近50 Hz的电源，在二号机转子中长时间感应出相当高的电压.这样二号机停机流程执行过程中，由于灭磁开关分开，其常闭辅助接点将灭磁电阻串入转子回路.从而使二号机转子感应电压全部加在其灭磁电阻上，见图3.

图3 机组励磁回路图

正常机组停机灭磁时，灭磁电阻只在灭磁回路动作时接入发电机转子回路，而且对灭磁电阻而言，不会承受一个连续作用的恒定电压.在灭磁过程中，灭磁作用在短暂的几秒钟时间中已经完成，而且灭磁电源是一个衰减的电压源，灭磁电阻吸收能量有限.

桐柏抽水蓄能电站机组灭磁电阻采用M＆I Materials公司Metrosil SiC非线性电阻，其最大连续运行温度为115℃;最大间隔运行温度为160℃.由于SiC非线性电阻的材质决定了SiC电阻的温度特性，其特征是当SiC电阻温度上升时阻值会降低.可见在转子感应电压不能衰减的前提下，灭磁过程灭磁电阻温度越来越高，电阻值越来越小，灭磁电流越来越大.从而形成恶性循环［4］.

由于在二号机转子中长时间感应出相当高的电压，使得运行中的灭磁电阻元件的灭磁电流或灭磁容量超过其极限值，使得电阻元件的负载温度超过承受值，并以“电流击穿”形式，使支路中有一片电阻片被击穿，并在击穿元件处引起电弧，瞬时引起类似短路情况.最终导致二号机灭磁电阻连接铁皮融化并将部分SiC连接片烧裂.

3 结论

在处理类似事故时，在机组未停稳前拉开拖动/被拖动闸刀应现场确认拖动机GCB已分开，防止带电拉闸刀;事故发生时，二号机转子电压将灭磁电阻击穿，当时转子端电压较高，现场灭火时应保持一定安全距离;为防止此类事件发生，修改有关流程或增设跳闸硬布线，将被拖动闸刀分闸作为分被拖动机灭磁开关前提条件，防止被拖动机失磁.

［1］梅祖彦.抽水蓄能发电技术［M］.北京:中国标准出版社，2000.

［2］张克诚.抽水蓄能电站水能设计［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［3］上海华东水电工程咨询有限公司.抽水蓄能电站:运行技术文集［M］.郑州:黄河水利出版社，2006.

［4］李基成.METROSILⓇ SIC非线性电阻的性能特征［J］.水电厂自动化，2008，29(1):37 －40，44.