因線路保護(hù)動作引起機(jī)組振蕩跳機(jī)事故的分析

1、因線路保護(hù)動作引起機(jī)組振蕩跳機(jī)事故的分析Revised by Hanlin on 10 January 2021因 線路保 護(hù)動作 引起機(jī) 組 振 蕩 跳機(jī)事 故的分 析1 根本情況和事故現(xiàn)象某電廠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1,分UOkV和220kV兩個系統(tǒng)，2號機(jī)(50MW)和3號機(jī)(125MW并 在 110kV母線上，帶西北郊變電站、大西門變電站和廠用電運(yùn)行，4號機(jī)(125MW和燃機(jī)并在220kV母線運(yùn)行；llOkV和220kV系統(tǒng)之問通過5號聯(lián) 變聯(lián)結(jié)。圖 1 某電廠電網(wǎng)根本結(jié)構(gòu)事故發(fā)生前，2號機(jī)發(fā)電負(fù)荷(出力)44MW, 3號機(jī)出力105MW, llOkV系統(tǒng)總出力149MW總用戶負(fù)荷約108MW,

2、 41MW勺剩余發(fā)電出力通過 5號聯(lián)變由llOkV側(cè)送往220kV側(cè)；3號機(jī)組當(dāng)時CCS處于爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制方式，一次調(diào)頻功能投入， 2 號機(jī)為液壓機(jī)組，一次調(diào)頻功能始終投入。16:59, 運(yùn)行人員在操作 28161 閘刀時，其 B 相母線側(cè)下支持瓷瓶突然斷裂，220kV母差保護(hù)動作，4號機(jī)、燃機(jī)與220kV系統(tǒng)解列，同時5號聯(lián)變停運(yùn)，形成2,3號機(jī)帶110師系統(tǒng)小網(wǎng)運(yùn)行的特殊運(yùn)行方式， 41MW勺剩余發(fā)電出力不能送出，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的負(fù)荷不平衡，3號機(jī)組在 此方式下運(yùn)行約 30s 后跳閘。期間電網(wǎng)頻率在 48. 3 ? 52. 1Hz 近乎等幅振蕩 6 次， 3 號機(jī)103%超速OPC動作6次。

3、2 小網(wǎng)振蕩的分析當(dāng)220kV母線故障、5號聯(lián)變跳閘后，110kV系統(tǒng)即自成獨(dú)立小網(wǎng)，送往220kV系統(tǒng)的41MV負(fù)荷成為110kV系統(tǒng)的多余出力，占到系統(tǒng)當(dāng)時總用電負(fù)荷的38%,引起110kV系統(tǒng)頻率上升。由于OPC的反復(fù)作用使機(jī)組的調(diào)門周期性開關(guān)，小網(wǎng)頻率產(chǎn)生振蕩，網(wǎng)頻在 48. 3 ? 52. 1Hz 間波動，振蕩共 6次，振蕩周期約 為 4so引起小網(wǎng)振蕩的原因?yàn)?:1當(dāng)汽機(jī)網(wǎng)上超速不同于網(wǎng)下超速時，DEH閥位給定并不隨轉(zhuǎn)速控制，網(wǎng)頻下降OPC復(fù)位后，DEH閥位給定負(fù)荷參考值應(yīng)當(dāng)恢復(fù)至調(diào)節(jié)輸出值 由于前5次網(wǎng)頻振蕩過程中CCS協(xié)調(diào)控制一直投入，實(shí)際負(fù)荷偏差大(負(fù)荷 指令大于實(shí)發(fā)功率)使

4、CCS汽機(jī)輸出指令增加，DEH閥位給定亦增加。 所以 3號機(jī)每次OPC動作和復(fù)位后，DEH閥位給定值越來越大，瞬問使調(diào) 門開得 更大，從而造成了振蕩過程中負(fù)荷和頻率越來越高的現(xiàn)象。(2) 3號機(jī)組OPC保護(hù)動作，高中壓調(diào)門應(yīng)關(guān)閉，但調(diào)門未曾關(guān)到Oo(3) 根據(jù)有關(guān)規(guī)定， 3 號機(jī)組在網(wǎng)頻偏差超過 ±12r/min 時，將退出 一次調(diào)頻。所以 3 號機(jī)組一次調(diào)頻功能作用非常有限。(4) 5號聯(lián)變停運(yùn)后OPC動作時3號機(jī)CCS指令和實(shí)際出力不匹配，此時協(xié)調(diào)控制因功率信號偏差大而切除，實(shí)際上 3號機(jī)并未設(shè)計(jì)此功 能。(5) 雖然在上述振蕩過程中 3 號機(jī)協(xié)調(diào)控制始終未退出， 但由于初始 擾

5、動量過大，且CCS功率定值是要維持燃料量和調(diào)門開度在事故前的水平(105MW)只要CCS功率給定值不變，靠3號機(jī)CCS控制是不能吸收直至消除 41MW 的多余出力的。33 號機(jī)跳機(jī)的分析正常情況下，DEH處于遙控狀態(tài)時，DEH系統(tǒng)閥位目標(biāo)值跟隨閥位給 定值。汽輪機(jī)OPC動作時，調(diào)門關(guān)閉，閥位給定值為 0,因而閥位目標(biāo)值 亦為0。0PC復(fù)位后，DEH閥位給定迅速恢復(fù)到OPC動作前的CCS氣輪機(jī) 輸出指令。振蕩過程中CCS及 DEH始終投入以維持機(jī)組各參數(shù)，當(dāng)3 號 機(jī)組第 6次OPC動作時，由于調(diào)門的屢次大幅度變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能很好地維持壓力引起主蒸汽壓力偏差超差到達(dá)切手動值，給粉汽壓控制切為手

6、動 , 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS切除、DEH遙控切除，DEH系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為閥控方式，而這時閥位目標(biāo)值已為 0, 從而閥位給定值一直置 0, 這樣 0PC 復(fù)位后閥位給定值無法復(fù)位，致使高中壓調(diào)門無法開啟，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn) 速下降、主油泵出口油 壓下降、低壓平安油壓降低 ， 110 kV 母線網(wǎng)頻和電壓下降使高壓交流油泵在 自啟后無法正常供油，低壓安 全油壓下降到達(dá) 0.8MPa的跳機(jī)值，隔膜閥翻開，終使甲、乙主汽門分別關(guān)閉，汽輪機(jī)跳閘，發(fā)電機(jī)解列。4 解決措施及建議通過分析發(fā)現(xiàn)3號機(jī)改造中CCS DEH控制策略及邏輯設(shè)計(jì)中的一些 問題，建議完善DEH功能及其工作方式，以保證機(jī)組自主穩(wěn)定調(diào)節(jié)，保障電網(wǎng)平安運(yùn)

7、行。3號機(jī)OPC超速保護(hù)動作時，汽輪機(jī)實(shí)際閥位和CCS給定閥位以及實(shí)際功率和功率定值偏差較大， 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原那么上應(yīng)切至手動方式運(yùn)行； 3 號 機(jī)在CCS切手動后DEH空制不是遙控方式，而是切至本地且跟蹤指令閥 位，這直 接導(dǎo)致了 3號機(jī)跳閘；因此建議對 DEH有關(guān)邏輯作適當(dāng)修改， 即協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)切除后，DEH系統(tǒng)仍應(yīng)保持遙控狀態(tài)，使得 OPC復(fù)歸后高中壓調(diào)門能夠 回到非零的開度，防止跳機(jī)的發(fā)生。(2) 據(jù)有關(guān)規(guī)定， 3 號機(jī)在網(wǎng)頻偏差超過 ±12r/min 時，一次調(diào)頻功能閉鎖。所以本次事故 3 號機(jī)一次調(diào)頻功能未發(fā)揮 作用。建議適當(dāng)增大DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)范圍，以穩(wěn)定電網(wǎng)

8、頻率、減少振蕩。應(yīng)當(dāng)考慮發(fā)生類似故障(即5號聯(lián)變退出運(yùn)行)時3號機(jī)CCS的作 用 問題。由于該廠 llOkV 系統(tǒng)直接供城區(qū)用電，停電所造成的影響較 大，因 此當(dāng)發(fā)生 110 師小網(wǎng)孤立運(yùn)行時，可以通過技術(shù)措施計(jì)算出 llOkV 和 220kV系統(tǒng)間的交換負(fù)荷，當(dāng)5號聯(lián)變退出，立即將該負(fù)荷疊加到 3號機(jī)CCS功率指令回路，相應(yīng)改變鍋爐燃燒率和汽機(jī)出力，使機(jī)組和電網(wǎng)逐漸達(dá)到平衡。(4)假設(shè)出現(xiàn)220 kV系統(tǒng)跳閘而5號聯(lián)變未退出以及其它方式故障時，都可考慮對發(fā)電機(jī) 組采取類似策略。有關(guān)控制策略及邏輯改良可以通過增加 局部檢測設(shè)備并修改DCS組態(tài)來實(shí)現(xiàn)，并通過相關(guān)試驗(yàn)研究進(jìn)行驗(yàn)證和確 認(rèn)。(5)OPC功能主要是防止汽機(jī)超速、保障機(jī)組平安。具體到本次事故，在機(jī)組 帶 孤立電網(wǎng)運(yùn)行時OPC動作將調(diào)門全關(guān)而不是調(diào)到與所帶負(fù)荷相適應(yīng)的位置，不利于網(wǎng)上超速時機(jī)組與電網(wǎng)的穩(wěn)定。要真正解決問題，應(yīng)開發(fā) 和利用好 CIV(快關(guān)中壓調(diào)門)功能，當(dāng)由于電網(wǎng)故障出現(xiàn)機(jī)組出力和用戶負(fù)荷不平衡時，快速關(guān)閉中壓調(diào)門使電網(wǎng)負(fù)荷迅速平衡，到達(dá)抑制機(jī)組 超速、穩(wěn)定電 網(wǎng)的目標(biāo)。(6) 需要考慮該廠電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題， 建議在解決同期并列的前提下增加 快投裝置，當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)故障 (如5號聯(lián)變跳閘 )后