一起因保护配置不合理导致的全厂失电事故分析

2022-11-08王志龙

冶金动力 2022年5期

王志龙

（梅钢公司热电厂，江苏南京 210039）

1 事故经过

某干熄焦发电厂装备了2 台20 MW 汽轮发电机，分别经主变升压至35 kV 后送至上级烧焦变并网运行，厂用电分别引自6 kV 煤焦变，正常情况下二回路厂用电分裂运行，6 kV 1#进线供厂用电6 kVⅠ段母线，6 kV 2#进线供厂用电6 kV Ⅱ段母线，特殊情况下，可单进线运行，厂用电经6 kV Ⅰ/Ⅱ分段开关并列运行，亦可满足全厂用电需求，见图1。

图1 干熄焦电气一次系统图

2017年2月16日1#发电机运行，2#发电机检修，厂用电系统正常运行方式。5∶41∶39，CDQ 35 kV焦07 进线开关过流2 段保护动作，1#发电机跳闸；5∶42∶55厂用电6 kV 1#进线开关过流2 保护动作跳闸，6 kVⅠ/Ⅱ分段开关自切动作，开关合闸成功；5∶43∶48厂用电6 kV 2#进线开关过流2 保护动作跳闸；至此厂用电全部失电。

2 原因分析

2.1 保护整定值分析

事故主要涉及3 个开关的保护动作，且所有开关的跳闸的保护动作均指向过流2 保护，经查该保护的定值整定均由上级变电所管理部门计算并下发，该站仅负责日常维护检查，不做定值大小的调整。整定值的合理性由上级管理部门负责解释，但考虑此次3 个开关几乎同时动作，且3 个开关分属发电机和厂用电两个不同的电压等级，同时误动作或同时故障的可能性较小。为查明原因，分别核对3 个开关的继电保护定值通知单和保护装置动作值（见表1），动作值与整定值相符。

表1 相关继电保护定值单

2.2 保护范围分析

线路过电流保护的保护范围通常从保护安装处开始，向线路侧延伸，至计算的保护覆盖位置，当电流超过整定值时，经一定延时，动作于开关跳闸或报警。本次动作的3 个过流2 保护的安装处分别为1#发电机35 kV焦07开关线路侧、干熄焦6 kV 1#进线开关母线侧、干熄焦6 kV 2#进线开关母线侧，其保护范围分别是焦07 线路至烧焦变35 kV 母线、干熄焦6 kV Ⅰ段母线及馈线、干熄焦6kV Ⅱ段母线及馈线。因此3 个开关的过流2 保护范围并不重叠。从保护范围分析，3个开关的过流2保护动作之间在站内并不存在明确联系。

2.3 干熄焦发电厂与区域电网的联系分析

通过与上级管理部门联系，获取了干熄焦发电厂与区域电网的接线结构（见图2）。发电机与厂用电系统在烧焦变35 kV 母线处产生电气联系，由于当天干熄焦2#机检修，同时烧焦变110 kV 侧并列运行，当天烧焦变1 条35 kV 馈线发生短路故障，造成焦07 进线开关过流2 保护跳闸，该故障同时造成煤焦变6 kV 系统电压波动，从而联锁发生了干熄焦电厂厂用电系统的一系列动作。

图2 干熄焦发电厂与区域电网的接线结构

2.4 保护动作情况分析

此次事故发展过程短暂，从5∶41∶39 焦07 进线开关跳闸，到5∶42∶55 厂用电6 kV 1#进线开关过流2 保护动作跳闸，同时6 kV Ⅰ/Ⅱ分段开关自切动作，再到5∶43∶48 厂用电6 kV 2#进线开关过流2 保护动作跳闸，最终厂用电全部失电仅2 m9 s，除电气设备配备的保护装置及自动装置动作外，几乎没有人为反应的时间。从顺序看，先是焦07进线开关跳闸，短暂停顿后厂用电6 kV Ⅰ段母线开始动作跳闸，为保证厂用电的安全，自切装置自动投入，将6 kV Ⅱ段母线切换至跳闸母线，紧接着6 kV Ⅱ段母线也跳闸，从而造成了全厂失电的结果。因发电机与厂用电在站内无直接联系，发电机经主变升压至35 kV 后并网送至区域内烧焦变，而厂用电引自区域内6 kV 系统煤焦变，由2.2 可知，动作过程与上级电气系统结构相关。干熄焦电厂内电压下降导致2 台锅炉给水泵低水压联锁自启动，且当天厂用电大部分在6 kV Ⅰ段母线上，在辅机自动启动过程中叠加启动电流较高，达到了6 kV1#进线过流2 保护定值，造成6 kV 1#进线开关跳闸；继而厂用电6 kV Ⅰ/Ⅱ分段开关因自切装置动作合闸，该过程加剧了母线电压的波动，造成母线电压长时间未恢复（见图3），循环水泵也因低水压联锁自启动，造成6 kV 2#进线过流2 保护动作，6 kV 2#进线开关跳闸，最终造成了干熄焦厂用电系统全厂失电。

图3 自切装置动作过程中母线电压下降波形

综合各开关保护动作过程和继电保护定值单可知，所有保护均按设定值正确动作。动作过程中存在如下问题：

（1）6 kV Ⅰ段2 台锅炉给水泵同时低水压联锁启动。动作过程中2 台给水泵同时启动，加剧了系统波动，直接导致了6 kV 1#进线开关跳闸。经查给水系统低水压联锁逻辑中缺少闭锁设置，当备用给水泵中有1 台投入联锁后，其他备用泵应闭锁联锁功能，但原逻辑中缺少该设置，造成2台备用泵同时投入联锁、同时启动。

（2）6 kV Ⅰ/Ⅱ分段开关自切动作。自切装置是在6 kV 1#进线开关跳闸导致6 kV Ⅰ段母线失电情况下动作，符合备自投的设置要求，属正常动作。

（3）6 kV Ⅱ段在自切装置动作后，形成单线运行方式，在系统波动、6 kV Ⅰ段设备自启动、自切动作以及循环水泵低水压联锁自启动的叠加作用下，6 kV 2#进线电流达到了过流2 保护动作值，6 kV 2#进线开关跳闸，属正常动作。

（4）过流2 保护设置的合理性。过流2 保护属上级管理部门下发的，用于防止区域电网事故扩大的一种特殊解列保护，其整定逻辑分别为确保区域内分布的小电源机组在系统波动时及时与系统脱离，便于区域系统主要联络线投用重合闸确保系统安全；确保区域内非重要变电场站在内部故障时，能够及时与系统脱离，确保区域电网重要用户的用电安全。1#发电机作为小电源机组，在系统波动时保护动作跳闸，属合理设置。6 kV 1#、2#进线作为干熄焦发电厂仅有的2 路厂用电进线，在过流2 保护设置时，应充分考虑厂内生产实际，从定值通知单可知，过流2保护的时间定值仅为0.6 s，不符合厂内高压水泵、风机等自启动的启动时间要求，且干熄焦发电厂正常有发电机组运行，配套有相应的锅炉、水处理、循环冷却水等多个系统运行，系统稳定性要求较高，过流2保护已不适用于干熄焦发电厂的厂用电进线处。