火电机组电气和热工保护不正常动作隐患排查及治理措施

2018-01-25张仲琪

通信电源技术 2018年4期

张仲琪

（山西鲁能河曲发电有限公司，山西忻州 036500）

0 引言

“十二五”期间，我国大机组可靠性水平整体迈向一个新台阶，全国主力发电机组等效可用系数近年来始终维持在90%以上的高位。10万千瓦及以上容量等级火电机组年平均非计划停运次数由2010年0.65台次（2012年和2014年分别是0.60台次、0.48台次）下降至2016年的0.35台次，这对我国火电机组发电量占71.6%的电源结构意义非凡。全年“零非停”机组逐渐成为主流，最高创下了在网连续运行超过1 000天的记录[1]。电气保护和热工保护两大系统长期稳定运行、可靠正确动作，是确保电网稳定运行的关键，是火电机组控非停工作的主要内容。因此，分析总结机组投运后影响火电机组电气、热工保护可靠性的典型问题，进一步优化改善切实可行的控非停措施，提高机组可靠性，使其更加安全、稳定与经济地运行。需要说明的是，本文对不正常动作的定义为保护误动作、人为失误、逻辑缺陷、硬件故障和天气等原因造成的保护动作。

1 典型案例分析

1.1 反措执行不彻底，隐患排查不深入，导致机组非停

对反措认识不足，执行停留在表面，没有深入排查现场实际情况；因生产管理、人员结构等问题，造成隐患排查不深入、不全面；排查方式单一、机械，不能广泛挖出存在的隐患；隐患治理工作推进迟缓，导致发生机组非停事件。

1.1.1 案例一

电网发生近距离接地故障，地网中接地故障电流大，500 kV升压站二次等电位地网不完善抗干扰能力低，发变三跳启失灵开入光耦动作功率低，导致2台600 MW机组同时跳闸事故。某电厂500 kV升压站为3/2接线方式，2006年08月12日，二回线发生C相瞬间接地故障，故障点距电厂47.3 km，线路保护正确动作。上述故障发生的同时，1号机串5021、5022开关和2号机串5031、5032断路器保护，因C相瞬间故障导致突变量启动。同时断路器保护分别接收到#1、#2发变三跳失灵启动信号。73 ms后，上述4台断路器同时跳开，#1、#2机组停运。断路器保护接收到发变三跳启动失灵信号原因为二回线发生单相接地故障时，#1、#2主变高压侧中性点共有约6.5 kA的故障电流注入地网。该电流使电厂地网地电位上升，并对二次回路产生了电磁干扰。发变组保护启动5021、5022、5031、5032断路器保护“发变三跳失灵”回路电缆较长（770 m），失灵光耦动作功率非常低，约0.067 W。由于二次电缆的分布电容效应、地网故障电流及电位的变化，导致4套断路器保护的发变三跳失灵光耦导通。经查，该厂未进行等电位二次网的相关设计，未落实“《防止电力生产事故的二十五项重点要求》[2]（2014版）关于“敷设与厂、站主接地网紧密连接的等地位接地网”的要求。

检查过程。根据图纸并结合现场实际情况，对#1、#2号发变组串间隔所有二次交、直流回路绝缘进行测试，电阻值均大于1 MΩ，未发现异常。在5031断路器保护柜发变三跳起失灵回路，将两电缆芯在发变组保护保护屏短接，测得电阻为8.046 Ω，单芯电阻为4.023 Ω；将其中一芯电缆接地，测得电阻为3.947 Ω；将两芯合并接地，测得电阻为2.1 Ω。一芯电缆中加入100 V交流电压，测量充电电流为6 mA，单芯对地分布电容约0.19 μF；在两芯之间加入100 V交流电压，测量充电电流为2.7 mA，芯间分布电容约0.086 μF，电缆长度为770 m。此外，发变三跳启动失灵电缆对地、芯间存在较大分布电容。

以对断路器保护柜内“发变三跳启失灵”开入光耦和断路器分相操作箱内跳闸继电器进行动作功率测试（以5031断路器保护（南自PLS632）为例，各继电器动作功率在0.7～1.4 W，其中发变三跳启失灵光耦动作功率仅为0.067 W，动作电流为1 mA。

防范措施。第一，升级改造南自断路器操作箱跳闸内继电器板，将发变组保护（GE）、线路保护（上海继电器和GE）中所有跳闸中间继电器和三跳启失灵光耦、纵联保护远跳光耦，更换为启动功率不小于5 W的大功率继电器；将发电机变压器的非电量保护（动作于跳闸的）开入增加动作功率不小于5 W的大功率中间继电器。第二，在厂房、网控及之间的电缆隧道内，敷设截面积100 mm2的裸铜缆，并与主接地网紧密连接。在就地端子箱保护盘柜下电缆夹层、保护盘柜下，按反措要求敷设100 mm2的裸铜排（首尾相连），通过不少于4根截面积不小于50 mm2的裸铜缆与主接地网紧密相连，同时等电位接地网可靠连接。将各二次电缆屏蔽层紧密与盘柜内接地铜排相连。紧密程度为确保主接地网与二次等电位接地网之间电阻小于0.01 Ω。

1.1.2 案例二

600 MW发电机励磁系统（ABB UN5000）因整流柜冷却风机电源故障导致机组跳闸。2009年5月24日，某厂#1机组因励磁系统整流柜内风机电源消失导致机组停机。机组运行过程中，由于振动等原因使本已松动的风机工作电源电压采样线脱落（诱因），导致风机电源由工作向备用进行切换。切换过程中，由于恰工作电源继电器接点粘联，导致两路电源发生并联而产生大电流，过流导致两路电源开关跳闸，造成两路风机电源消失。

电源切换继电器接点容量较小，接点额定电流为5 A，回路设计时采用两副接点并联。风机正常运行电流约为9 A。厂级设计时没有考虑接点动作的一致性，没有充分考虑设备长期在环境温度较高、周围环境较恶劣。因此，较多灰尘可能进入接点之间，导致触点闭合时不能够充分接触而造成触点间拉弧，而长时间会造成个别触点粘连的情况。此外，没有充分考虑风机启动及切换时承受的至少25 A电流，大电流对接点灼伤可能会导致接点粘连的情况，因此在分断若干次大电流后，继电器触点会灼伤。针对以上分析，对ABB励磁系统整流柜冷却风机电源切换回路进行改造，将电源切换继电器更换为单付接点容量为30 A的接触器，有效避免由于接点容量不足导致灼伤粘连的问题。该接触器具有合闸和跳闸两副线圈。改造后，未发生过缺陷或异常情况。

1.1.3 案例三

单点取样使保护抗干扰能力差，存在误动作隐患。某厂600 MW发电机断水保护原理：在发电机定子冷却水泵出口直管段布置一台流量孔板，为单一取压管路方式，后经管路并联后，分别送至3个发电机断水保护开关和1个送DCS模拟量的流量变送器。定子冷却水取样通过一套三阀组送至3台差压开关，再就地通过硬接线实现三取二后，送入发变组非电量保护柜启动断水保护。

采用单一取压方式，抗干扰能力差。若流量孔板取压管路堵塞或渗漏，会导致三个差压开关同时误动作或拒动作，同时对流量变送器测量造成波动，使定子冷却水系统失去控制；负压侧排污门被误碰、误关隔离门或误开平衡门、定冷水系统取样管路波动，容易造成定冷水流量低的假象，进而使三个差压开关同时动作，误发流量低信号，即存在保护误动作隐患。

改造后，由单路取压优化为四路取压方式，消除了误碰或因操作不当导致设备误动作的风险。采用多路热工信号摄取方法，减少了检测回路自身的误动作率，有效降低了热工信号、保护的误动作率，提高了可靠性。

1.2 日常维护和等级检修质量不高、“三误”防范措施执行不到位

日常维护过程中，特殊季节忽视厂房内因管道阀门呲裂或屋面防水质量不高引起的漏水导致室内就地电热设备进水；忽视夏季高温多雨天气对电热设备耐高温和防水措施的落实；忽视冬季防寒防冻工作的细节落实，如室外取样管伴热保温、保温箱控制箱内加热系统运行状况；忽视定期工作执行的质量；忽视隐蔽区域设备的管理；忽视高温区域执行器、控制箱防高温措施的制定和落实；忽视对关键电热设备的日常巡检质量，缺失设备健康状况分析，未能及时深入进行异常和缺陷分析等。

等级检修过程中，由于生产管理漏洞，生产岗位人员经验不足，机组检修前没经过全面科学的系统诊断，导致检修项目策划缺失、质检点缺失等问题。对盘柜接线、固定、密封、防寒、防水、绝缘检查、对线、屏蔽检查、设备检验试验传动等各环节检修质量不高；管理人员验收把关不严格、不细致，导致等级检修质量出现问题。

防“三误”措施落实不到位。从业人员在工作中发生误碰、误接线和误整定不安全事件，是电力行业一直以来的顽疾。各厂均能认识到该项工作的重要性，也都有一套比较完整的防范体系，但还是会发生问题。究其原因，在于执行环节出了问题。比如，弱化保护投退授权管理，对装置电源发生失电防范措施落实不利；盘柜上交直流端子没有分开布置或者没有颜色区分，可能会导致误碰和误拆接线；公用系统检修时，没有严格执行拆接线、加量双核对措施；图纸修订、定值修订管理弱化，检修后图纸变更不及时，审批不规范，版号交叉存在，错用图纸和定值；机组运行期间，运行时消缺管理组织不当。

2 治理措施

上述三大类电气、热工保护系统非停事件或隐患，归根到底还是人的问题。从设计人员、制造厂家、调试单位、监理单位和发电厂从业人员，在图纸审查、反措落实、吸取教训、责任制落实、基础管理和细节把握等方面均存在或大或小的问题。根据以上分析，提出以下应对措施。

2.1 科学设计电气热工保护

必须严格落实《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中的各项内容，尤其是对涉网保护关于严格双重化配置、保护选型、保护配置设计及二次回路、电源配置、接地抗干扰、防止继电器误动作和重要保护禁止单点取样等相关要求。要科学设计电气热工保护，选用技术成熟、性能可靠和质量优良的产品，从源头消除隐患。

2.2 继续夯实基础工作

近些年，我国在继电保护装置、热工仪表制造水平方面有了大幅提高，电厂从业人员的工作主要集中在二次回路和对装置的熟悉上，以便出现问题时做出及时准确的判断和处理。

2.2.1 打好“基本理论”的基础

对电厂从业人员进行再培训。对类似于控制电缆二次屏蔽、等电位接地网和长电缆分布电容对继电器动作的影响，从理论层面进行讲解，有必要再对基础知识进行培训。扎实掌握基础知识，结合现场进行积极思考，对提高从业人员技能水平十分关键。

2.2.2 打好“熟悉现场”基础

熟悉整个系统配置、工作电源布置方式和网络布置情况等；熟练掌握各类二次线缆头尾布置，中间过渡转接箱，电缆走向，空间布置方式（室外、室内、沟道、槽盒、穿线管）；熟悉各处接线情况、接地点布置；熟悉各系统设计院竣工图纸和厂家图纸，必须确保现场接线是正确的；进行图纸的及时修编，使图纸与现场保持一致；熟悉设备所处的环境。

2.2.3 打好“基础管理”基础

制定出规范电气热工人员的工作标准，通过强化标准作业，确保工作的质量和安全，如日常巡检标准、定期工作标准、特殊设备特巡标准、隐蔽区域定期工作标准和拆接线作业标准（二次工作措施票）、保护投退作业标准、风险预控标准、到岗到位标准和就地设备固定接线作业标准等；培养出熟悉现场、技能水平高、具备异常分析深入的电气热工从业人员；在现场深入有效地开展保护定检、日常消缺维护、隐患排查、强化异常和缺陷分析等工作，切实提高二次系统可靠性；定期进行检验和校对，验证回路、动作逻辑的正确性，做到不超期、不漏项，校验按规程要求进行[4]。

2.3 完善优化隐患排查工作方式，建立标准化的隐患排查治理机制

2.3.1 基本内涵

机组非停风险按照系统、设备和部件逐级进行分解。首先，确定可能产生非停的系统，再将引起该系统故障的风险点分解到各单体设备上，然后到部件上，将风险尽可能分解到每一个小的故障点；明确责任专业、确定责任人、制定方法措施及检查方法，确保隐患排查工作的可行性和实效性；落实责任制，努力实现风险防控过程的可控；定点、定时间、定周期、定人员、定方法，以标准化的方式在设备管理过程中开展设备隐患排查工作；使隐患排查工作与定期工作、专项安全检查和季节性检查常规基础工作相结合；与设备检修相结合，吸取兄弟电厂非停事故教训，单点保护排查、逻辑定值排查、欠修设备排查和隐蔽区域设备排查等，建立隐患排查的长效机制。

2.3.2 具体实施方法

（1）以机组非停最直接因素——机组主保护动作为排查对象，编制机组非停风险隐患排查对策表、机组检修隐患治理执行表以及日常维护隐患治理执行表，分析造成机组非停的风险因素，对各个风险因素按照系统（一级风险）、设备（二级风险）、部件（三级风险）三级进行逐级风险分析，并制定防范措施和检查周期，明确责任专业[3]。例如，EH油压低为主保护出口，针对此保护进行风险分解。一级风险为EH油压低三值动作保护出口；二级风险包括调门伺服阀固定螺栓断裂、EH油压取样管跑油、油泵故障不打油或联启失败；三级风险为压力开关接线接地或短路等。

（2）建立日常、小修、大修“控非停”工作计划，实施全程验收。工作计划要吸取兄弟电厂非停事故教训，使单点保护排查、逻辑定值排查和欠修设备排查相结合。

（3）重点时段开展专项隐患排查。以春秋检、度夏迎峰和冬季四防等活动为载体，开展重要设备的隐患排查。严格执行电缆防火标准，做好电缆孔洞封堵工作；定期开展针对性的检查，重点防止端子松动、端子箱（柜）进水（结露）和电缆（引线）受外力冲击中断等；结合季节特点，制定防止因潮湿、寒冷、高温和大风等因素可能引起的保护误动措施，并对措施落实情况进行检查。

（4）机组运行时期，应对因检修刚投运设备或带病运行设备实施特别巡视检查制度，开展深入的定期精密体检、倾向管理和性能评价。

（5）强化防非停工作日常管理。一是对设备缺陷进行分级管理，建立“防非停”类设备缺陷处理机制，明确“防非停”缺陷应急处置机制和组织措施。缺陷处理前，制定有针对性的防范措施，相关人员需全程跟踪处理过程。二是制定防非停保障措施，细化防非停类设备巡检和定期维护工作，梳理影响设备非停的关键因素，针对性地编制日常设备“防非停”保障措施，每周检查“日常零非停保障措施”的执行情况，形成了日常维护管理防非停的监督检查常态化管理。三是强化单体设备“非停”管理，每月对单体设备跳闸和设备强迫停运检修进行统计，从技术、管理两个方面进行原因分析，并针对性地制定防范措施，加强对异常和缺陷的分析。四是建立人员误操作、误碰、误接线和误整定导致非停管理。操作过程严格分步式指认交底，使用执法记录仪进行全程监控。部门和安监部每周检查操作录音、监控视频，杜绝人员误操作引起的机组非停。建立二次拆接线作业标准（二次工作措施票），保护投退作业标准、工作风险预控标准、工作风险预警制度[4]、到岗到位标准和就地设备固定接线作业标准；每年核算继电保护定值，根据系统变化，计算短路电流，核算灵敏度，且每次大小修时核对定值。