姜 坤

(国家电投集团协鑫滨海发电有限公司)

0 引言

目前, 我国电力系统中, 主力火电容量为660MW 及1000MW 机组, 而在其中, 涉及500kV 及以上的升压站, 无论是AIS 或是GIS, 大范围采用了3/2 接线方式。在该接线方式中, 短引线保护的应用成为消除死区的必要手段。同时, 该类型机组普遍采用发电机变压器组单元接线, 即发电机出口不安装断路器(GCB), 这使得发变组保护与主变高压侧断路器的短引线保护之间产生了关联。

图1 3/2 接线图

1 保护原理及应用

短引线, 指3/2 或4/3 接线方式中, 自出线刀闸到边开关和中开关之间的部分。顾, 短引线保护旨在保护该段出线部分。以图一为例简要说明短引线保护原理及应用:

1.1 短引线保护原理

该保护原理实则为差动保护。以2 号主变高压侧断路器短引线保护为例。当流过接于5021、5022 断路器之间的短引线两端的CT 电流向量和大于定值时,保护动作。

1.2 常见的短引线保护动作逻辑

此处的向量和即是两端CT 的差流, 该动作电流可以是“和电流突变量”、“零序和电流”、“和电流过流”中的任一种情况。

图2 常见的短引线保护动作逻辑

即: 任一相差流满足条件或过流满足条件, 保护启动。同时满足保护压板投入或刀闸辅助触点闭合时, 动作出口。

1.3 短引线保护应用

(1) 两台机组并网运行时, 升压站内所有断路器及闸刀均在合位, 潮流流向为两台发电机指向系统。此时短引线两侧CT 电流流向相反, 存在差流,所以此时短引线保护应退出。(2) 当2 号机退出运行时, 主变高压侧50216 刀闸分闸位置, 5021、5022 断路器合环运行。此时潮流流向为1 号发电机指向两条线路, 电流流经5021、5022 断路器方向一致, 短引线两端CT 采样一致, 不存在差流; 同时2 号主变高压侧出线至5021、5022 断路器之间的短引线存在保护死区, 为消除该区域保护死区, 应投入短引线保护。

该保护与发电厂其他保护的不同在于, 机组运行时不投入, 机组退出运行时投入。同时, 由于运行人员多数对保护理解不透彻, 过度依赖倒闸操作票, 忽略了对发变组保护与短引线保护之间联系的思考, 最终可能就会酿成事故。

2 案例与思考

2.1 某发电公司1 号机组氢气泄漏爆燃事故经过

2018 年11 月12 日17 时10 分, 省调同意某公司1 号机组转C 修。22 时28 分, #1 机组负荷90MW,主汽温350℃, 再热汽温367℃, 打闸停机。

22 时35 分, 电厂1 号机组操作停机, 在拉开1号发变组出口50136 刀闸后, 准备将5012、5013 断路器合环运行; 23 时25 分, 1 号汽轮机投入盘车运行; 23 时30 分, 1 号发变组由热备用转冷备用操作;23 时48 分23 秒, 在合上5013 断路器时, 1 号发电机发生爆炸着火。23 时49 分07 秒5013 断路器跳闸;23 时50 分, 厂内消防队立即赶到现场; 23 时53 分2号机A 循环水泵跳闸(B 循环水泵联动失败), 2 号机真空低, 将2 号机打闸停机; 13 日00 时05 分,500kV 启备变跳闸, 厂用电全失; 13 日零时35 分,× × ×消防队到厂进行救火。01 时30 分, 现场明火扑灭。

2.2 原因分析

(1) 直接原因: 1 号发电机从盘车状态, 转速突然上升到1146.5rpm, 引起发电机转子剧烈振动, 导致密封瓦磨损, 氢气外泄, 发生爆燃。

(2) 间接原因: 5012 和5013 断路器短引线保护受50136 刀闸分闸执行不到位影响未能自动投入, 以及1 号发变组保护出口压板在5013 断路器合闸时未投入, 导致发电机组在反充电时失去保护是本次事故扩大的间接原因。

2.3 保护动作情况

(1) 5012 和5013 短引线保护动作情况

正常情况下, 电厂50136 刀闸断开后, 通过刀闸辅助接点应自动将5012 和5013 短引线保护投入。短引线保护装置有保护启动信息, 没有保护动作报告,保护装置面板“投保护”与“跳闸”灯未亮, 查询保护开入信息发现“投保护”控制字为“0”, 根据以上信息, 5012 和5013 短引线保护在事故过程中一直未能投入运行, 故5013 断路器跳闸与其无关。

思考1: 第一, 从短引线保护动作逻辑不难看出, 该保护启动条件为差流或过流, 当50136 刀闸一相或多相未分到位时, 对5013 断路器合环操作, 产生发变组反送电电流, 此时潮流流向为系统指向发电机, 短引线两端CT 电流反向, 达到差动保护动作条件, 使保护启动。第二, 从保护投入逻辑上分析, 短引线保护功能投入由保护功能压板和50136 刀闸分位辅助触点组成“或门”, 无论是人为操作投入保护功能压板还是通过50136 刀闸辅助触点该保护都会投入。但由于保护控制字与保护功能压板为“与门”逻辑, 所以如果控制字为0, 即便保护功能压板投入, 保护也不会动作。第三, 在保护逻辑设计上, 采用50136 刀闸的辅助触点对短引线保护进行投退, 则一定是A、B、C 三相刀闸的触点组成“或门”, 只要有一相分闸到位, 则短引线保护就能投入。当然, 此处存在三相刀闸均不到位的可能, 所以对运行人员的停机检查开关位置, 和通过操作投入保护功能压板提高了要求。第四, 远方NCS 监控系统上, 为何有50136 分闸位置信号? 笔者认为, 刀闸的位置信号应采用“三相刀闸到位继电器(行程开关) 的常闭辅助触点的与门逻辑”。即, 必须三相刀闸都到位后,信号经串联送至NCS。而不能直接使用刀闸的常开辅助触点进行判断刀闸是否到位, 更不能使用三相位置的或门进行判断。第五, 该事故发生后, 行业内反响剧烈, 各发电公司都开展了隐患排查。对于500kV 升压站采用AIS 方式的单位, 各刀闸位置明显, 人员倒闸操作过程中现场检查相对轻松。但对于采用GIS 方式的单位, 分合闸后必须要求运行人员到现场仔细检查, 日常要保持观察窗清洁。同时, 各单位也对短引线保护的投退方式采取了措施。有些单位, 为防止因刀闸位置不到位导致短引线保护不能投入, 将短引线保护功能压板在运行中保持投入, 只将出口压板退出。对此, 笔者曾核对了660MW 机组和1000MW 机组满载运行情况时的短引线差动电流, 极端情况下660MW 机组高压侧短引线差流0.27A, 小于定值0.5A; 1000MW 机组高压侧短引线差流0.3A, 小于定值0.6A, 短引线保护不会动作。同时, 还应考虑系统异常情况下, 突变量电流和零序电流, 也应因地制宜。当然, 这种方法也对运行人员的严谨提出考验, 如果运行中误投入短引线出口压板, 特殊情况下可能发生保护误动, 造成机组非停。

(2) 发变组保护动作情况

在合5013 断路器时, 发变组差动保护、突加电压保护、失磁保护、程序逆功率保护、逆功率延时跳闸保护、发电机制动过流、负序过流定时限、励磁系统故障等保护动作。电厂在合5013 断路器前, 运行人员按操作票将发变组保护跳5012 和5013 断路器出口压板断开, 发电机组反充电时, 虽然发变组相关保护动作, 但由于出口压板的退出导致无法分开5013断路器, 故障持续了44s; 根据现场保护信息判断,5013 断路器后来跳闸是控制电缆烧损, 导通5013 断路器跳闸回路所致。

思考2: 根据笔者了解, 该事故发生前很多发电厂在打闸停机后, 即对发电机保护进行操作, 将各保护出口压板全部退出。这对后续的合环操作带来隐患, 就如该案例中, 在合环操作时对发电机进行反送电, 虽然发电机相关保护全部动作, 但由于出口压板均退出, 导致5012 和5013 断路器无法跳闸, 最终造成严重后果。所以, 针对3/2 接线方式, 在发电机打闸停机后, 退出发电机保护的操作修改至合环操作后再进行是可取且有必要的。

3 结束语

本文通过对发电厂短引线保护的原理和应用的介绍, 结合事故案例对发电厂短引线保护的运行方式提出了自己的思考与观点。通过现场实际经验, 对发变组保护的运行方式提出了个人建议。在构建新的电力系统结构过程中, 大容量火电机组的安全稳定依旧对整个电力系统起到关键作用, 我们电力人的责任依旧任重道远。