一起线路故障引起的机组自用电消失分析

韦卫

（大唐发电集团广西分公司大化水力发电总厂，广西大化 530800）

一起线路故障引起的机组自用电消失分析

韦卫

（大唐发电集团广西分公司大化水力发电总厂，广西大化 530800）

机组自用电对保证发电机组正常运行起着必不可少的作用，本文用广西大化水力发电总厂发生的一起110kV线路故障引起厂用电瞬间低压、备自投动作不成功而造成的厂站右岸厂房机组自用电消失案例，对该厂的送出线路保护配置、机组自用电备自投方式、以及在发生较大电压暂降时备自投动作过程等进行分析，找出机组自用电消失的原因，并提出解决方法。

系统故障 电压暂降 备自投 机旁盘失压

水电厂厂用电包括机电辅助设备用电和照明用电等，机组机旁自用电作为厂用电重要的组成部分，为发电机组重要辅助机械设备及监控、励磁、调速系统、自动装置等提供交流电源，保证发电机组的正常生产运行。机旁自用电负荷基本由Ⅰ类、Ⅱ类负荷组成，为保证供电可靠性，一般采用母线分段运行，并装有备用电源自动投入装置。

1　系统简介

大化电厂右岸厂房装设四台机组，四台主变压器，发电机与主变压器单元接线。四台主变高压侧接入220kV两段母线，有四回出线。1号主变、3号主变为三卷变，三卷变中压侧接入110kV两段母线，有三回出线：大化城线（下称A线）、大琴线（下称B线）、大岩线（下称C线）。右岸厂用电分别从1号主变低压侧、3号主变低压侧接取，经高厂变、厂变降压分别供400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母线。右岸四台机组各自的机旁自用电盘柜（下称机旁盘）的母线1和母线2分段运行， 母线1由 400VⅠ、Ⅱ段引出经主、备开关切换供电，母线2由400VⅢ段或Ⅳ段供电。母线1向本机的励磁、调速器、监控及各水泵、油泵等提供交流电源；母线2带有一台压油泵和作为检修用电。

2　故障概况

1时43分，天气雷雨，系统冲击，110kV B线开关保护跳闸、重合闸动作成功，同一时刻出现右岸厂房四台机组机旁盘电源消失的信号。现场检查发现四台机组的机旁盘母线1的两段电源进线共八个开关均在分闸状态，机旁盘母线1失压。现场手动对各开关合闸操作无效，后切停其控制把手（“自动/停止”把手）再重新投入“自动”，进线开关合闸正常，遂逐一将各机组机旁盘母线1电源恢复。由于处理及时，四台发电机组运行正常。

2时54分，雷雨，再次出现系统冲击，110kV C线开关保护动作跳闸，重合闸动作成功，右岸机组机旁盘运行正常，未出现之前的机旁盘失压现象。

附图1 大化电厂主接线简图

附图2 施耐德梅兰日兰开关参数

3　故障分析

3.1备自投情况

机组机旁盘母线1的两段进线开关为90年代施耐德梅兰日兰的masterpact M08 N1 STR28D低压断路器，两台开关之间装设有机械连杆实现机械联锁，两开关用合闸回路互相串接开关常闭接点来实现电气联锁及备自投功能，各合闸回路接入“自动/停止”把手，以接通、断开合闸回路来实现备自投功能的投、退，此外再无其它任何控制器。当主用段电源失压时主开关的欠压脱扣器动作跳闸，备用开关合闸回路接通，开关自动合闸，完成备自投动作。

厂用10kVⅠ、Ⅱ段母线备自投及400VⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段母线备自投为PLC备自投和PCS-9691C装置备自投，失压跳闸延时整定均超过3秒，能可靠躲过线路故障造成的电压暂降。

3.2机旁盘母线失压过程分析

（1）线路故障时刻四台机组机旁盘的四台进线主开关均动作跳闸，四台备用开关均未合闸，动作一致，且事后对各开关进行测试均无异常，可排除开关本体或回路出现故障的可能性。

（2）故障录波显示110kV B线故障时刻，主变（三卷变）低压侧相电压有效值在故障第一周波后降至1/3Ue，机旁盘进线开关欠压脱扣整定值1/2Ue，机旁盘进线主开关失压脱扣动作正确。录波显示1号主变、3号主变低压侧电压暂降幅值、时间均相同，由于主用开关、备用开关的400V电源分别取自1号主变和3号主变，可判断备用开关与主开关同时欠压脱扣动作，因此在电压暂降持续时间内，备用开关未自动合闸属动作正确。

（3）110kV B线开关跳闸、重合成功、系统电压恢复后，机旁盘进线主、备开关均在分闸位，各合闸回路均已接通，但各开关均未自动合闸，原因为开关本体的防跳跃闭锁动作。B线故障切除后电压恢复瞬间，脱扣器未复归而合闸回路已先通电，触发了开关防跳跃闭锁功能，因此主、备用开关均不能合闸，只有将控制把手退、投一次，合闸回路断开再接通，防跳功能解除后开关方可合闸。此情况已经过现场实地验证。

（4）数年来，大化水电厂220kV、110kV各条线路曾多次故障跳闸，但机旁盘失电的情况未曾发生过，为何本次110kV B线故障会造成全部机旁盘失压？原来220kV线路两套保护分别为RCS-931（或RCS-901）和RCS-902，主保护为纵联差动（纵联方向）和纵联距离快速主保护，动作时间短，从故障第一周波开始30ms动作，50～60ms即切除故障，机旁盘进线施耐德梅兰日兰开关欠压脱扣器MN响应时间为90ms，可以躲过电压暂降时间，而且220kV线路基本为单相接地故障，电压暂降幅值不大，故障时一般仍有2/3以上相电压。所以220kV线路故障不会使机旁盘进线开关欠压跳闸。

（5）110kV C线线路长66.7km，主保护为RCS-941的相间和接地距离保护、零序方向保护，Ⅰ段距离和Ⅰ段零序整定0秒动作，60～70ms切除故障，欠压脱扣器不动作。

（6）110kV B线线路长24km，保护配置与C线相同，由于线路距离短，与相邻保护配合需要，主保护Ⅰ段距离和Ⅱ段零序（Ⅰ段零序不投）整定0.15秒动作，加上固有时间，录波显示B线保护180ms动作，200ms切除故障。欠压脱扣器90ms响应时间未能躲过B线故障的电压暂降。110kV A线情况与B线相似。

（7）历史记录和故障录波显示，以往220kV、110kV线路的每次故障，或者电压暂降时间短，或者电压暂降的幅值小，均未造成类似本次的机旁盘失压。本次110kV B线为三相接地短路故障，测距2.2km，故障后110kV母线三相相电压有效值降至1/10Ue，主变（三卷变）低压侧相电压降至1/3Ue，B线切除故障时间200ms。即B线故障造成的机旁盘电源电压暂降持续时间为200ms，降幅超过1/2Ue，响应时间为90ms的欠压脱扣器动作正确，机旁盘进线主开关欠压脱扣跳闸，备用开关欠压脱扣动作，电压恢复后开关防跳跃闭锁动作，主用、备用开关均不能自动合闸。以上为本次故障引起机旁盘备自投动作不成功，造成机旁盘母线失压的原因，备自投动作情况符合设备现状。

4　结论

在当前的保护配置、备自投方式和开关特性下，当110kV B线（或A线）近距离发生三相短路的严重故障时，200ms的大幅电压暂降将造成右岸机组机旁盘（母线1）失压，机旁盘备自投动作不成功，对发电机组运行造成严重影响。

5　改进方法及分析

5.1改进

110kV B线近端严重故障切除时间太长是造成机旁失压的根本原因之一，但保护定值的重新核算整定属于省网地区供电局的管辖范畴，在此不作讨论。更换新型的双电源自动切换装置（备自投）并选择适当的失压延时，可以增加发电机组机旁盘电源持续运行的可靠性。双电源自动切换装置的工作方式一般有自投自复、自投不自复、互为备用三种。机旁盘所带的主要负荷为Ⅰ类、Ⅱ类负荷，不宜选择自投自复，否则瞬间的电压暂降、或上级备自投动作造成的暂时失压，都将使机旁盘进线开关动作两次，负荷及电源将承受两次冲击；自投不自复方式使持续供电可靠性降低，也不适用于机旁盘。互为备用的方式能提高机旁盘供电的可靠性，也是该厂机旁盘当前使用的备自投方式㈠，因此选择恰当的失压延时以躲过110kV B线切除故障的时间是解决问题的关键。

5.2效果分析

110kV B线切除故障时间约为200ms，将欠压脱扣器整定为0. 5秒可有效躲过上述情况造成的机旁盘（母线1）失压。机旁盘所带的主要负荷有现地控制单元、调速器、励磁调节器、励磁风机，压油泵、顶盖排水泵等，现地控制单元、调速器和励磁均有交、直流双电源，励磁风机和顶盖排水泵（15kW）均有取自旁机的备用电源（或交叉电源），0.5秒的失压切换或0.2秒的欠压对以上设备、对机组均无影响。

机旁盘电源、厂用变压器容量按辅机全压启动设计，三台压油泵每台容量75kW、额定电流110A，#1、#2压油泵为全压启动，#3压油泵为变频启动，其中#2压油泵由另一段电源的母线2供电。压油泵电机0.5秒的失压重启或0.2秒欠压运行仍能维持一定的转差率，绕组电流不会达到正常全压启动4～7倍的Ie。由此得知，即使故障时刻四台机组的压油泵均同时在运行状态，油泵0.2秒的欠压运行或者0.5秒的电压切换造成的油泵重启，对额定电流800A的机旁盘进线开关和容量800kVA的400V厂用变压器均无影响，也不影响辅机本体的运行。

6　结语

通过对本次110kV B线故障及历年220kV、110kV各线路故障情况的分析、对机旁盘进线开关特性及运行方式的排查，明确了被本次线路故障引起的机组自用电消失的原因，并提出相应的解决方法。从本例可看出，线路故障切除时间的延时引起的电压暂降持续时间过长，对机组自用电备自投的影响不可忽视，而发电机组控制设备和辅机对机旁自用电供电的持续性和可靠性又提出了很高的要求，因此，合理选择机旁电源备自投方式，对水电厂发电机组安全、稳定运行是非常重要的。

韦卫（1970—），男，广西柳州人，工程师 ，单位：大唐发电集团广西桂冠电力大化水力发电总厂，职务：发电部运行值长。