快切闭锁导致厂用电中断事故分析及处理

叶朋珍，郑 文，濮浩东（.皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 440；.长春工程学院，吉林 长春 300）

快切闭锁导致厂用电中断事故分析及处理

叶朋珍1，郑 文2，濮浩东1
（1.皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244012；2.长春工程学院，吉林 长春 130012）

对一起厂用电切换过程中发生的厂用电中断事故进行分析，并根据分析结果采取改进措施，以避免厂用电切换过程中快切装置被误闭锁，确保厂用电在事故情况下的正确切换，保证厂用电的正常运行。

快切装置；闭锁；厂用电；失磁保护；PT断线

0 引言

厂用电快切装置作为厂用电的核心装置，涉及机组众多重要辅机的电源，其重要性不言而喻。一旦快切装置在事故情况下不能及时将工作电源切换至备用电源，则可能导致全厂厂用电中断和重要设备无法工作，影响主设备的安全运行，危害将不可估量。

虽然随着快切理论日益完善和设备制造工艺水平的不断提高，厂用电快切装置越来越可靠，但是快切失败的事件仍然时有发生。为此，必须对系统进行全面分析和试验，找出问题根源，从而采取相应对策，确保快切装置在事故情况下的可靠切换，保证厂用电电源的安全稳定运行。

1 事故经过

某电厂3号机为300 MW机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1025/18.2-YM6型汽包炉。电气6 kV厂用电及快切系统为常规设计方案，厂用电6 kV分4段运行，设2套快切装置（见图1）。在2014年机组大修后的厂用电快切试验过程中，发生了快切装置动作不成功导致厂用电中断的事故。

2014-11-18，机组经大修已并网运行，在进行滑参数停机过程中，锅炉意外熄火；由于热工主蒸汽温度低保护未投入，汽轮机未联锁跳闸且仍然带15 MW负荷运行，机组准备事故停机。在带低负荷运行过程中，运行人员做厂用电切换试验，但由于事先未组织讨论方案，直接将发电机灭磁开关拉闸（运行人员误认为灭磁开关联跳发变组保护），导致发电机失磁运行。后因发电机进相运行达-160 Mvar，发变组保护未能动作，立即手动断开发变组出口开关。由于快切装置正好在此过程中发出“快切装置闭锁”信号，快切装置未能将厂用电切换至备用电源，且此时保安系统的柴油发电机远方/就地开关不在远方状态，柴油发电机未能正常启动，导致机组厂用电中断；后经过手动将厂用电恢复至备用电源运行。所幸直流系统联锁正常，才未造成重大的设备损坏事故。检查快切装置的故障记录，发现是由于快切装置被外部信号闭锁，最终导致快切装置不能启动。

2 原因分析

2.1 事故时序与数据分析

通过对DCS数据、发变组保护数据、快切装置数据和历史曲线分析，并结合现场情况及数据统计，确认事故时序及数据如下（见表1）：首先发电机误断开灭磁开关，导致发电机失磁并进相运行，进相深度达到-160 Mvar；6 kV厂用电电压下降，且控制室照明变暗，厂用电快切和发变组保护均未动作。于是运行人员手动分断发变组出口2803开关，快切装置发出“装置闭锁”信号；发变组保护外部重动3动作，自动跳开6 kV工作进线开关。但是由于快切装置已被闭锁，未能将厂用电源切换至起备变运行，导致6 kV厂用母线失电。

上述过程有以下几个问题需要分析：

表1 事件时序及数据

（1） 灭磁开关跳闸，失磁保护未动作启动厂用电快切的原因；

（2） 闭锁信号发出的原因；

（3） 快切装置检测到异常并发出了闭锁信号，作为开入量接入DCS的闭锁信号，却未能被DCS检测和记录下来的原因。

2.2 失磁保护未动作原因

根据发变组失磁保护的定值和失磁前后DCS有功、无功数据，将失磁后的阻抗动作轨迹转化在阻抗图（见图2）中。从图2中动作轨迹和异步圆来看，发电机失磁后已进入异步圆运行，再结合失磁保护I，Ⅱ段逻辑和定值分析如下。

（1） 失磁保护I段逻辑判据为：阻抗圆+转子低电压+减出力+无功反向。虽阻抗圆、转子低电压和无功反向判据均满足，但是由于I段加入了减出力判据，要求P＞40 % Pn，由于失磁时，发电机有功仅为5 % Pn，在失磁I段中，减出力判据无法满足要求，导致失磁保护I段不能动作。

（2） 失磁保护Ⅱ段的逻辑判据为：母线低电压+阻抗圆+转子低电压+无功反向。阻抗圆、转子低电压和无功反向均满足条件；但由于母线低电压判据选取的是系统电压，系统电压在失磁过程中只下降了约2 %（定值为U＜90 % Un），故在失磁Ⅱ段中，母线低电压定值无法满足要求，导致失磁保护Ⅱ段不能动作。

失磁I，Ⅱ段保护均不能动作，而Ⅲ段、Ⅳ段并未投运跳闸，因此导致失磁保护不能动作。

图2 失磁保护阻抗轨迹

2.3 闭锁信号产生原因

闭锁信号产生的原因有：

（1） 人为退出切换功能；

（2） 开关位置异常（含备用电源开关和PT隔离开关位置）。

经过对DCS事件记录及数据分析，因DCS未发出“手动退出快切”信号，唯一可能的原因是“开关位置异常”信号导致的快切闭锁。

而导致开关位置异常的可能原因有：

（1） PT隔离开关位置异常；

（2） 备用电源进线开关位置异常。

正常运行情况下，PT隔离开关位置为常闭接点，备用电源进线开关为常开接点。常闭接点误动作的可能性较高；且事后立即对备用电源进线开关进行了分合闸试验，均无任何问题出现，因此排除了备用电源进线开关位置异常的可能。

经过对回路的分析，查明快切装置原“PT隔离开关位置异常”信号输入设计为一串接的综合开关量，即由PT隔离开关常闭辅助接点HJD串接PT断线中间继电器1ZJ的常闭接点（见图3）。一旦任意一接点返回或端子松动，快切装置将被闭锁。而事故后，对控制回路中的端子及接线进行检查，未发现端子松动现象。

图3 PT断线闭锁快切原理

综合分析得出，在本次厂用电中断过程中，灭磁开关拉闸后，用于判断PT断线的低电压继电器1YJ，2YJ，3YJ由于在发变组出口开关断开后失压动作过程中不同步，导致误发“PT断线”信号。PT断线后，1ZJ动作，常闭接点打开，发出“PT隔离开关位置异常”信号，将快切装置闭锁。由于快切装置闭锁后，必须手动复位才能重新具备快切功能，从而导致厂用电未能切换。最后，6 kV厂用电电源进线开关由发变组保护中的外部重动保护动作跳开。

由图3可知，在模拟母线失压试验过程中，上述分析也得到了验证。对电压继电器在失压过程中启动1ZJ动作的综合接点“101-015”进行录波；经过多次测试，发现该综合接点每次均出现1-3 ms的方波，导致1ZJ动作，从而发出“PT隔离开关位置异常”信号，闭锁快切装置。

2.4 DCS未检测到开关量原因

由于DCS控制系统I/O卡件对大于7 ms的接点动作才能可靠检测，而对持续时间小于3 ms的接点动作不可检测。同时，DPU的扫描周期为200 ms，即开关量需要大于200 ms才能可靠执行，而历史数据库存储周期则更长达1.0 s。由于低电压继电器不同步发出的“PT断线”脉冲信号过短，导致DCS无法采样并记录下来。但是快切装置的采样频率高达1 200 Hz，所以可以采样到1-3 ms的方波并发出“快切装置闭锁”信号，导致电源进线跳闸后快切未能将厂用电切换至备用电源供电。

3 解决措施

根据以上各个环节的分析，可以从灭磁开关联锁逻辑、失磁保护、外部开入的闭锁快切条件3个环节入手，解决快切装置被非正常闭锁的问题。

（1） 增加灭磁开关至发变组保护的联锁跳闸回路，确保灭磁开关动作后及时启动发变组保护，以主动切换厂用电。目前，各电力设计院对灭磁开关跳闸后是否联锁跳发变组保护问题，所持意见各不相同。根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2014版）》5.1.19条和JB/T10499-2005《透平型发电机非正常运行工况设计和应用导则》4.2条以及发电机说明书规定，不允许发电机长时间失磁运行。考虑到大部分情况下励磁系统无备用励磁，发电机运行时，若灭磁开关已跳闸（不论是事故跳闸或手动跳闸），都需要查明原因后才能恢复励磁。为了确保发电机组和系统的安全稳定运行，应该实现联锁，及时切换厂用电和降负荷，或延时跳发变组保护，以作为发电机灭磁开关跳闸的第1道硬联锁“保护”。

（2） 失磁保护应确保在低负荷状态下正确动作，为此需增加发电机失磁保护Ⅲ段。其判据为转子低电压+阻抗圆+无功反向判据，以保证在低负荷情况下，发电机失磁后，失磁保护立即动作于切换厂用电或延时作用于停机，以确保厂用电安全。

（3） 由于MFC-2000-3A快切装置内部已经有“母线PT断线”的判据（见图4），因此，可以取消作为闭锁条件输入快切装置的外部PT断线判据（改造后，见图3），投入快切装置内部“母线PT断线”判据，实现母线PT断线的检测。由此可以解决在失压或其他异常条件下，低电压继电器动作不一致导致的快切被“误”闭锁，从而避免厂用电中断事故的发生。

经过以上3项技改措施的实施，确保了灭磁开关跳闸能联锁启动快切，发变组保护在低负荷状态下其失磁保护能正确动作；避免“低电压继电器动作不一致”导致的快切装置被“误”闭锁的发生，确保了快切装置的正确动作。电厂还计划在机组检修时，将与快切装置有关的重要电气量接入故障录波器，从而可以根据事故情况下快切装置相关信号的录波，更准确地分析事故。

图4 快切装置PT断线判据

4 结束语

目前有众多的快切系统设计仍然为外回路接入的“PT隔离开关位置异常”综合闭锁信号，在失磁、失步和系统振荡等异常情况下，均有可能因低电压继电器动作特性不一致导致闭锁信号发出，从而闭锁快切装置使厂用电失电，因此必须高度重视这一问题。

从此次快切未成功导致的厂用电中断事故的分析可以看到，事故的发生及扩大，往往是多重因素导致的。只有在对快切装置、发变组保护、DCS等设备的详细分析后，才能查明原因，并提出和采取相应的措施加以解决。快切装置作为机组厂用电的核心设备，在其设计、改造、施工和运行过程中，必须考虑到影响其正确动作的各种因素，及时采取措施加以改进和完善，确保厂用电在事故情况下的可靠切换。

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2015-06-23；

2015-09-25。

叶朋珍（1983-），男，工程师，从事发电厂电气检修管理工作，email：ypzabc2008@163.com。

郑 文（1972-），女，副教授，主要研究方向为电力系统及其自动化。

濮浩东（1969-），男，高级技师，从事发电厂继电保护检修管理工作。