机组发电状态下折向器自动关闭的原因分析

2018-12-04胡元锋

水电站机电技术 2018年11期

周悫，胡元锋，刘勇

（北方国际合作股份有限公司，北京100040）

1 电站、机组概况

南湃（Nam Phay）水电站位于老挝万象省北部Phoun区，坝址位于南俄河（Nam Ngum）支流南湃河（Nam Phay）上游峡谷，南俄河（Nam Ngum）是湄公河的1级支流。水库正常蓄水位1140 m，设计洪水位1141.7 m，校核洪水位1143.49 m，水库总库容2.059亿m3，调节库容1.326亿m3，电站厂房位于南乐克河右岸。

本电站为引水式电站，装设2台冲击式水轮发电机组，水轮机的型号为：CJC 601-l-180/4×14.5，发电机的型号为：SF43-10/3900，总装机容量86 MW（2×43 MW），额定转速 600 r/min，额定水头700 m，额定流量14.03 m3/s。发电机出口额定电压11 kV，额定频率50 Hz。设计多年平均发电量约4.2亿kW·h，年利用小时数4878 h。

1号机组于2017年5月4日完成72 h试运行，2号机组于2017年5月8日完成72 h试运行，现已并网发电。

2 事件经过

事件发生前2台机组均满负荷运行，厂用电运行方式为2号厂用变带I、II段400 V母线运行。南湃水电站电气主接线图见图1。

图1 南湃水电站电气主接线图

2017年6月6日12：22：36，主厂房发电机层传出异响、声音忽高忽低，极其刺耳，似机组甩负荷时发出的声音，同时中控室监控系统实时报警窗口报出：1号（2号）机组1号（2号、3号、4号）折向器全关信号投入；12：23：07实时报警窗口又报出：1号（2号）机组1号（2号、3号、4号）折向器全关信号退出；至 12：24：15，在此 1 min 39 s内 2 台机组折向器反复关闭开启3次。当值运行人员发现该现象后，当即通过中控室计算机监控系统，查看机组发电机出口断路器、主变高压侧断路器、115 kV出线断路器状态，上述断路器均处于合闸位置，2台发电机仍处于发电状态。监控后台部分报警信息见图2。

图2 监控后台部分报警信息

为安全起见，当值运行人员于12：24：21对1号机组执行了正常停机命令：1号机组自动降负荷至800 kW 后自动跳开发电机出口断路器，逆变灭磁后，调速器正常停机；12：24：33对2号机组执行了紧急停机操作：2号机组满负荷情况下同时跳开发电机出口断路器、灭磁开关，关闭进水口球阀，调速器紧急停电磁阀动作，同时值班人员向老挝电网调度NCC电话汇报现场情况。12：41：192台机组停机完毕。在2号机组紧急停机过程中400 V厂用电备自投动作，厂用电运行方式自动切换至22 kV外来电带I、II段400 V母线运行。停机完毕后，当值运行人员立即电话通知安装单位及厂家相关人员，并上报电站领导。

3 检查与分析过程

2017年6月6日13：00时，事件处理小组到达现场，听取当值运行人员事件描述后，随即对现场设备进行排查。

3.1 调速器检查情况

检查2台机组调速器系统。2台机组调速器系统触摸屏故障报警窗口均无异常告警，且折向器位置显示与实际相符。折向器就地位置显示见图3。

图3 折向器就地位置显示

3.2 继电保护装置检查情况

查询2台机组发电机继电保护装置告警记录：1号发电机继电保护装置“频率异常”保护动作，动作值为55.6 Hz。2号机组发电机继电保护装置无告警信息。查询主变、115 kV线路保护装置告警记录，均无告警信息。

3.3 故障录波装置检查情况

查询故障录波装置告警记录: 115 kV线路“频率越上限”告警，且动作时间与水轮机折向器自动关闭的时间吻合。

3.4 分析过程

处理小组通过对上述数据及记录进行分析，初步判断：电网频率异常波动是2台机组水轮机折向器自动关闭的起因。

3.4.1 调速器自身保护功能

查看2台机组调速器设置参数：甩负荷确认频率 50.3 Hz；甩负荷时，折向器关闭频率为52 Hz，折向器开启频率为50.3 Hz。调速器参数见图4。

图4 调速器参数

通过对调速器参数的查询以及跟厂家电话沟通后，确认当机组频率超过50.3 Hz时，调速器系统将判定机组进入甩负荷状态。在此过程中，当机组频率超过52 Hz时，调速器系统将自动关闭折向器，降低机组频率。随着频率的下降，当机组频率下降至50.3 Hz时，调速器系统将自动打开折向器（备注：折向器全关时，射流无法冲击转轮；折向器全开时，射流可冲击转轮）。

当机组处于并网发电时，机组频率和电网频率基本一致，因此，当电网频率出现异常波动时（55.6 Hz），机组频率也随之波动，最终导致2台机组调速器过频保护动作。

3.4.2 调度反映的情况

与老挝电网调度NCC核实：该事件发生时老挝中部电网（本站所接电网）确有2个电站的机组相继出现甩负荷的情况。

4 处理结果

4.1 恢复运行

经过现场数据及记录分析，并与老挝电网调度核实：本次事件起因为老挝中部电网频率异常波动，造成机组调速器过频保护正常启动，自动关闭折向器，机组频率降低后，再次开启折向器，非电站设备故障引起。同时，当值运行人员出于设备安全考虑，避免事故扩大，将2台机组人为停机，属于正常操作。2台机组通过例行检查后，于当日15：35时并网发电，并满负荷运行，400 V厂用电带电方式也随即恢复原状。

4.2 增设保护功能

老挝电网容量小，雨季期间又极易发生线路故障，电网异常波动，电站初始设计并未考虑到这种情况，为保障电站设备及人员的安全，确保机组安全稳定运行，避免机组及其他机电设备因电网频率异常出现不可逆的损害，经电站技术人员及厂家探讨研究，在115 kV出线及旁路微机继电保护装置增设欠频、过频保护功能，2台发电机微机继电保护装置增设低频保护功能，当电网出现波动发生频率异常的时候，可通过继电保护装置迅速地切断机组与电网的联系，并且启动事故停机流程，以达到保护本站机组的目的。

4.2.1 线路保护装置增设保护功能情况

2条115 kV出线及旁路微机继电保护装置增设欠频、过频保护功能。

（1）增设欠频保护功能，定值47 Hz，延时0.5 s，动作于115 kV出线断路器跳闸。

（2）增设过频保护功能，定值51.6 Hz，延时0.2 s，动作于115 kV出线断路器跳闸。

（3）115 kV线路保护柜增加“频率异常”功能硬压板，分别用于欠、过频保护。鉴于双机甩负荷试验尚未完成，若单机运行时，应投入上述压板；若双机运行，应退出上述压板。

（4）厂家在计算机监控系统中增加“电网频率过高”、“电网频率过低”告警信号。当电网频率超过50.5 Hz或低于49.5 Hz，监控系统将自动弹出报警信号，以示提醒。

4.2.2 2台发电机微机继电保护装置增设低频保护功能

（1）鉴于115 kV线路微机继电保护装置已增设过频保护功能，同时调速器系统在频率超过52 Hz时，会自动关闭折向器，因此发电机保护不再增设过频保护功能。

（2）为防止电网崩溃后，本站机组带整个电网运行，发电机保护增设低频保护功能：动作值48 Hz，延时1 s，动作于发电机出口断路器跳闸，同时启动机组电气事故停机流程，并在发电机保护屏上增加“频率异常”功能硬压板。

4.3 保护增设试验结果

本站115 kV线路保护增设欠频、过频保护功能技术改造工作于2017年7月29日全部完成，115 kV线路分别于2017年7月30日17：12时、2017年 7月 31日 19：38时、2017年 8月 1日 21：51时出现了电网波动频率异常事故，保护均可靠动作，跳开2条115 kV线路出线断路器，机组并未出现折向器连续自动关闭打开现象，并自动转为带厂用电运行，实现了保护机组的目的。