尹志超

（云南华电阿海公司，云南 丽江674100）

1 引言

某水电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与宁蒗县（左岸）交界的金沙江中游河段，总装机容量2 000 MW（5×400 MW）。该水电站交流厂用电用于维持生产所需的设备及照明的用电[1]，采用10 kV和400 V两级电压供电，10 kV供电系统分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段，电源取自与1、3、5号主变相连的11B、13B、15B厂高变，馈线开关经降压后供电至400 V厂用电母线A、B段；400 V系统按功能及负荷中心分布情况分为机组自用电、公用电、照明用电、坝区用电，均配置A、B两段母线，电源取自10 kV厂用电母线[2]。10 kV厂用电及400 V厂用电都设有备用电源自投装置，倒闸操作过程中，允许10 kV或400 V交流母线短时失电。

该水电站曾发生了一起厂用电倒闸引起的厂用电LCU控制器重启事件，该事件虽未对安全生产造成后果，但事件的本质是直流系统蓄电池组异常导致的重要设备直流电源消失。直流系统主要为厂内继电保护、自动装置、信号装置、主合闸回路提供控制电源、事故后的照明电源及监测电源，即使在发生事故，失去交流电的情况下，仍能对直流用电设备提供不间断工作电源[3]。若交流倒闸引起直流系统供电异常，导致断路器、继电保护、安稳装置等设备直流电源消失，则可能造成严重的“拒动”事故。

2 故障分析

2018年1月20日，该水电站在操作10 kV厂用电Ⅰ段联络Ⅱ段运行倒闸为Ⅱ段联络Ⅰ段运行的过程中，断开Ⅰ、Ⅱ段联络0102开关、10 kVⅠ段失电后，无法合上10 kVⅠ段进线0011开关，经检查，10 kVⅠ段相连的全部开关“状态坏质量”、都无法操作，约2 min后，10 kVⅠ段相连的开关状态恢复正常，后续倒闸操作得以正常进行。

检查发现，10 kVⅠ段相连的全部开关“状态坏质量”的原因为：10 kVⅠ段操作失电后，计算机监控系统现地LCU C01单元（10 kVⅠ段）控制器立即进行了重启，重启完成后，10 kVⅠ段相连的全部开关状态才恢复正常。

2.1 原因查找分析

2.1.1 10 kV厂用电Ⅰ段LCU C01单元供电电源走向

10 kV厂用电Ⅰ段现地LCU C01单元由交直流共2路输入电源经双电源供电模块RP1后供电，交流电源取自10 kVⅠ段供电的400 V第1组供电A段，直流电源取自公用及厂用220 V直流系统Ⅰ段母线。公用及厂用220 V直流系统Ⅰ段母线由400 V公用一组A、B段两路交流供电。

2.1.2 10 kV厂用电Ⅰ段LCU C01单元控制器重启经过及原因分析

（1）10 kVⅠ段LCU C01单元控制器重启的经过

经查询计算机监控系统相关事件记录及曲线，确定10 kVⅠ段LCU C01单元控制器重启经过如下。

1）03:58:30上位机断开10 kV 0102开关，10 kV厂用电Ⅰ段失电。

2）03:58:30～04:00:23，监控系统未采集到厂用及公用直流系统蓄电池组电压、Ⅰ段母线电压、1号充电机电压、1号充电机电流，说明此期间公用LCU也停止工作（公用LCU与厂用电LCU C01供电都是来自公用1组和公用及厂用直流系统Ⅰ段母线）。根据04:03:50分开0013断路器，04:04:03合0102断路器，进行倒换10 kV厂用电时出现的“厂用及公用直流系统Ⅰ段母线电压”下降至最低163.11 V。推测03:58:30～04:00:23期间“厂用及公用直流系统Ⅰ段母线电压、蓄电池组”也有压降现象。

4）03:58:31～04:00:37，上位机采集不到 10 kV Ⅰ段的数据（10 kVⅠ段进线开关、馈线开关位置信号等），说明在此期间厂用电LCU C01停止工作。

5）03:59:18上位机报厂用电LCU C01单元控制器离线。

6）04:00:07厂用电LCU C01单元控制器在线。

7）04:00:23上位机下令合上10 kV 0011进线开关，10 kVⅠ段复电正常。

（2）10 kV Ⅰ段LCU C01单元控制器重启原因

03:58:30上位机断开10 kV 0102联络开关，直至04:00:23合上10 kV 0011进线开关期间，10 kV厂用电Ⅰ段失电；期间10 kVⅠ段LCU C01单元交流输入电源失电，LCU C01单元仅由公用及厂用220 V直流系统Ⅰ段母线为其提供输入电源。

10 kV厂用电Ⅰ段失电后（公用1组A段也同时失电），电源切换装置将公用及厂用220 V直流系统1号充电柜的电源由公用1组A段切换至公用1组B段。切换装置进行电源切换期间会出现短时的供电中断，在供电中断期间由公用及厂用220 V直流系统蓄电池组为Ⅰ段母线供电。蓄电池在供电后电压迅速下降，导致了LCU C01单元控制器供电不正常而重启。

2.2 公用及厂用220 V直流系统Ⅰ段母线蓄电池组放电试验

为验证公用及厂用220 V直流系统蓄电池组放电时间是否满足规程规范要求，辅助分析厂用电倒换过程中出现的LCU现地控制器重启事件，开始对公用及厂用220 V直流系统蓄电池进行放电试验。

2.2.1 放电过程

2月2日12：47，完成电池监测模块接线后，开启试验仪器，各蓄电池电压正常。进入放电界面，点击放电后约18 s，试验仪器跳闸，报“监测模块故障”。检查发现70号蓄电池无压，反复确认接线无误后，用万用表直流电压档进行测试：70号蓄电池四组正负极电压不一致，其中两组端子间电压为0 V，另两组端子电压为2.13 V，考虑该蓄电池已损坏，对70号蓄电池进行隔离。70号蓄电池隔离后，又发现26号、76号蓄电池存在同样异常，也进行隔离。15：13，隔离完70号、26号、76号3节蓄电池后（工作前已经拆掉3号、82号蓄电池），公用及厂用220 V直流系统蓄电池组开始正常放电。经过47 min 46 s，90号蓄电池到达单体下限1.8 V，结束此次公用及厂用220 V直流系统蓄电池组放电试验，恢复试验蓄电池组正常充电。

2.2.2 试验结果

参与放电蓄电池99节（本次工作前已经拆掉3号、82号蓄电池，试验时拆掉70号、76号、26号），放电电流100 A，单体下限1.8 V，最终放电时长47 min 46 s。放电前组端电压215 V，放电结束后，组端电压201.5 V。

2.2.3 试验结论

对蓄电池组放电过程及放电结果分析：蓄电池组隔离掉异常蓄电池后，不带负荷前组端电压较低，带上负荷后，组端电压存在无法满足负荷设备正常工作电压，从而导致负荷失电问题；放电时长也远低于规程要求的放电时长[4]。

3 反事故措施制定及执行

3.1 公用及厂用220 V直流系统蓄电池组参数更改及蓄电池紧急采购

将异常蓄电池从蓄电池组中隔离后，还剩下99节蓄电池，对相应充电柜充电参数进行修改：1号充电柜将原均充电压242 V改为230 V，原浮充电压232 V改为220 V，原电池节数104节改为99节。

鉴于蓄电池放电时长远远低于规程要求，并且存在组端电压较低无法满足负荷设备正常供电风险，启动紧急采购流程，更换不合格的蓄电池组。同时，根据南网的反事故措施要求，配置有两套蓄电池组的按两个不同厂家产品来进行采购及使用。

3.2 加强全厂直流系统蓄电池组日常运维及定期充放电试验

直流系统蓄电池组日常检查维护工作，包括记录电压值数据，与历史数据比较后分析数据的异常；检查蓄电池外观是否存在封装胀裂、电池液泄漏等；检查蓄电池电极有无漏液、腐蚀等；对蓄电池的外部进行湿抹布擦拭，做好防尘处理等；检查时必须做好相关情况的准确记录，为后续的检查工作和故障处理提供参考依据。

充放电试验是针对蓄电池的主要维护方法，能够对长期应用的蓄电池性能进行科学地检查，通常试验需要定期进行，对于存在问题的蓄电池及时予以处理，能够提前预防蓄电池故障的发生，有效降低直流系统故障风险[4]。若经过 3 次全核对性放充电，蓄电池组容量均达不到额定容量的80 %，可认为此组阀控蓄电池使用年限已到，应安排更换[5]。

将更换下来的故障蓄电池送至专业蓄电池检测机构检验，进一步查明蓄电池质量恶化原因。参考《南方电网阀控铅酸蓄电池标准技术规范书》等技术标准，完善厂内蓄电池运行及检修管理标准，并在后续的蓄电池采购中加强质量把控。

3.3 直流系统蓄电池组正常前的交流厂用电倒闸方式

未确定全厂直流系统蓄电池组正常前，厂用电倒闸操作时，必须执行的一个重要的反措要求：防止蓄电池组的充电机交流电源消失，避免蓄电池容量不足导致异常或事故。按如下顺序进行倒闸：

（1）交流厂用电倒闸操作前仔细核对图纸和现场设备，将会受影响的两段直流母线提前并联运行；

（2）手动操作切换充电机交流电源到不停电输入口，检查无异常后将两段直流分段运行；

（3）禁止直接用10 kV备自投或直接操作10 kV厂用电进线或联络开关的方式倒换厂用电；

（4）400 V厂用电倒换：先逐段操作相应400 V各段母线，减少400 V母线失电时间，并避免多段400 V母线同时失电造成较多负荷由直流母线供电，进而减少对直流母线的负载冲击；

（5）10 kV厂用电倒换：停电时先断开各400 V母线开关，后断开各10 kV馈线开关，最后断开10 kV进线开关或联络开关，送电时相反。

3.4 改变LCU C01单元电源接线

将10 kVⅠ段LCU C01单元交流输入电源改由400 V公用2组B段供电，正常倒闸操作时，400 V公用2组B段（取自10 kV厂用电Ⅲ段）与公用1组A段（取自10 kV厂用电Ⅰ段）、公用1组B段（取自10 kV厂用电Ⅱ段）不会同时失电，则正常情况下的倒闸操作，可避免10 kVⅠ段LCU C01单元失电重启。

全厂其它重要设备由交直流两路电源供电时，在具备条件时，可参照10 kVⅠ段LCU C01单元对输入电源做接线改造。

4 结论

当厂内交流电源失电后，直流系统通过蓄电池对厂内负载进行供电，以维持电站的正常运行，因此蓄电池的稳定性以及实际容量对保障厂内设备的正常运行起到了重要作用，但是蓄电池在长时间的运行过程中，如某些蓄电池故障导致内阻过大甚至开路，在直流系统转为蓄电池单独供电时，瞬时的大电流可能使得蓄电池直接开路，则不能为设备提供足够的电量，就会引起设备停运，此时若发生机组、主变、线路等故障，由于继电保护装置没有直流电源供电无法正确动作，引起越级跳闸，从而使得事故范围扩大[6]。

电气倒闸操作是水电厂运行的重点、难点工作之一，是一项技术含量较高的事故高发工作，运行人员在操作前需要熟悉运行方式、一二次设备性能和相关规程，做好危险点分析与预控，才能从中优化出最佳的操作方法，进而有效控制误操作。如何安全、可靠地执行电气倒闸操作，是水电厂运行人员必备的核心技能[7]，厂用电倒闸操作是水电厂较频繁、较复杂的电气倒闸操作之一，运行人员不应由于厂用电倒闸是较日常的电气倒闸操作就忽视了其危险性和重要性。操作前做足危险点分析及预控，特别应充分预估交流失电对直流系统及调速器油泵等重要设备的影响，尽量从反事故措施的角度，在操作过程中杜绝对直流系统及重要设备可能造成的风险，确保厂用电倒闸操作安全、可控。