單 鋒，王 炯

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限公司，浙江天臺(tái) 317200)

0 引言

抽水蓄能電站是一種日調(diào)節(jié)電廠，其發(fā)電機(jī)具有電動(dòng)工況，水輪機(jī)具有水泵工況，在用電低谷時(shí)利用電網(wǎng)過剩電力將水從下水庫(kù)抽到上水庫(kù)儲(chǔ)存，在用電高峰再放水發(fā)電，抽水蓄能低吸高發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了電能的有效存儲(chǔ).抽水蓄能技術(shù)潔凈環(huán)保、運(yùn)行靈活、反應(yīng)快速，在系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故黑啟動(dòng)等功能，是電網(wǎng)系統(tǒng)的蓄電池［1］.

1 設(shè)備概況

某抽水蓄能電廠共有四臺(tái)300MW機(jī)組，機(jī)端電壓18 kV，機(jī)組和主變采用聯(lián)合單元接線，主變高壓側(cè)電壓500 kV，500 kV系統(tǒng)采用二進(jìn)二出內(nèi)橋接線方式，正常運(yùn)行方式為500 kV橋開關(guān)在合閘位置，500 kV系統(tǒng)合環(huán)運(yùn)行.電廠主接線見圖1.

機(jī)端18 kV系統(tǒng)電氣設(shè)備包括發(fā)電電動(dòng)機(jī)及其出口至主變低壓側(cè)的所有設(shè)備，包括:機(jī)組開關(guān)、換相閘刀、機(jī)組壓變、電氣制動(dòng)閘刀、被拖動(dòng)閘刀、拖動(dòng)閘刀、機(jī)組開關(guān)兩側(cè)的地刀、主變低壓側(cè)壓變、機(jī)組勵(lì)磁變、主變低壓側(cè)地刀、廠變及SFC輸入閘刀(僅一、四號(hào)主變低壓側(cè)有)、廠變高壓開關(guān)、SFC輸入開關(guān)及啟動(dòng)母線閘刀等設(shè)備.

換相閘刀為抽水蓄能電站特有設(shè)備，以滿足機(jī)組發(fā)電方向和抽水方向運(yùn)行對(duì)相序的不同要求，它為五極隔離閘刀，其中B相閘刀為發(fā)電和抽水運(yùn)行工況所公用，發(fā)電工況:A1、B、C1 三相合閘，抽水工況:A2、B、C2三相合閘，把相序從A、B、C換成C、B、A，實(shí)現(xiàn)機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)變，機(jī)組停機(jī)狀態(tài)換相閘刀五極在分狀態(tài).

拖動(dòng)閘刀、被拖動(dòng)閘刀及啟動(dòng)母線為抽水蓄能電站的特有設(shè)備，是為了滿足機(jī)組抽水啟動(dòng)而設(shè)置.整個(gè)起動(dòng)回路設(shè)備包括:四套發(fā)電電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)、被拖動(dòng)閘刀，啟動(dòng)母線Ⅰ段閘刀、地刀，啟動(dòng)母線Ⅱ段閘刀、地刀，SFC設(shè)備，SFC輸入、輸出電抗器，SFC輸入、輸出開關(guān)，廠變及SFC輸入閘刀，起動(dòng)回路離相封閉母線，電纜組成.啟動(dòng)母線上的被拖動(dòng)閘刀靠機(jī)組側(cè)已固定換相.

圖1 主電氣回路圖

機(jī)組要運(yùn)行于抽水工況需經(jīng)由抽水調(diào)相工況，抽水調(diào)相工況是一種機(jī)組運(yùn)行于抽水方向，為減少拖動(dòng)動(dòng)能其水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在空氣中轉(zhuǎn)動(dòng)，只從系統(tǒng)吸收很少有功的運(yùn)行方式，該運(yùn)行方式可調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功，但主要作為抽水工況的過渡工況［2］.

機(jī)組正常抽水啟動(dòng)采用SFC(靜止變頻啟動(dòng)裝置)拖動(dòng)，BTB(背靠背)即用一臺(tái)機(jī)組去拖動(dòng)另一臺(tái)機(jī)組為備用方式.若用SFC裝置來啟動(dòng)一號(hào)機(jī)，則一號(hào)機(jī)的隔離措施同上，二號(hào)機(jī)的拖動(dòng)、被拖動(dòng)閘刀要在分，啟動(dòng)母線Ⅰ段地刀在分，啟動(dòng)母線Ⅱ段閘刀、地刀在分，一號(hào)機(jī)定子引出線通過合一號(hào)機(jī)被拖動(dòng)閘刀和合啟動(dòng)母線Ⅰ段閘刀，SFC輸出開關(guān)與SFC裝置構(gòu)成回路，靠SFC裝置來拖動(dòng)一號(hào)機(jī)泵工況啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速.若用一號(hào)機(jī)拖動(dòng)二號(hào)機(jī)泵工況啟動(dòng)時(shí)，二號(hào)機(jī)開關(guān)，二號(hào)機(jī)拖動(dòng)閘刀要在分，二號(hào)機(jī)開關(guān)機(jī)組側(cè)地刀在分，啟動(dòng)母線Ⅰ段閘刀、地刀在分，一號(hào)機(jī)被拖動(dòng)閘刀在分，一號(hào)機(jī)換相閘刀五極在分，一號(hào)機(jī)開關(guān)換相閘刀側(cè)地刀和機(jī)組側(cè)地刀都在分，二號(hào)機(jī)定子引出線通過合二號(hào)機(jī)被拖動(dòng)閘刀和合一號(hào)機(jī)拖動(dòng)閘刀和合一號(hào)機(jī)開關(guān)，與一號(hào)機(jī)的定子引出線構(gòu)成回路，讓一號(hào)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，拖動(dòng)二號(hào)機(jī)泵工況啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速［3］.

2 事故分析

某日，機(jī)組進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，要求一號(hào)機(jī)BTB拖動(dòng)二號(hào)機(jī)抽水調(diào)相開機(jī)，將二號(hào)機(jī)拖至100%轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)停機(jī).當(dāng)二號(hào)機(jī)被拖至100%轉(zhuǎn)速后，上位機(jī)下停機(jī)令，一號(hào)機(jī)通訊CPU死機(jī)，二號(hào)機(jī)執(zhí)行停機(jī)過程中滅磁電阻燒毀，停機(jī)過程二號(hào)機(jī)低頻過流保護(hù)動(dòng)作.

分析歷史事件，一號(hào)機(jī)BTB拖動(dòng)二號(hào)機(jī)開機(jī)起始階段情況正常，當(dāng)二號(hào)機(jī)100%轉(zhuǎn)速后，一號(hào)機(jī)上位機(jī)報(bào)“LCU1 C2通訊故障”、“LCU4 C4通訊故障”，隨后根據(jù)試驗(yàn)需要上位機(jī)給二號(hào)機(jī)下停機(jī)令，二號(hào)機(jī)收到停機(jī)令后轉(zhuǎn)停機(jī)流程，而此時(shí)一號(hào)機(jī)發(fā)“LCU1內(nèi)部組件故障報(bào)警，一號(hào)機(jī)沒有執(zhí)行停機(jī)令，一號(hào)機(jī)與上位機(jī)失去聯(lián)系.

由于一號(hào)機(jī)沒有執(zhí)行停機(jī)令，原本停機(jī)過程中應(yīng)分開一號(hào)機(jī)拖動(dòng)閘刀的命令沒有被執(zhí)行.機(jī)組邏輯中，拖動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)閘刀分閘是被拖動(dòng)機(jī)被拖動(dòng)刀分閘的前提條件.因而一號(hào)機(jī)拖動(dòng)閘刀沒有分開直接導(dǎo)致二號(hào)機(jī)被拖動(dòng)閘刀也沒有分開.這樣一號(hào)機(jī)仍通過一號(hào)機(jī)GCB、一號(hào)機(jī)拖動(dòng)閘刀、啟動(dòng)母線、二號(hào)機(jī)被拖到閘刀、二號(hào)機(jī)定子形成電氣回路，見圖2.

圖2 BTB主電氣回路圖

查看相關(guān)信號(hào)可知，上位機(jī)給二號(hào)機(jī)下停機(jī)令后，近四分鐘后二號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速＜90%才報(bào)出.在這段時(shí)間內(nèi)，一號(hào)機(jī)沒有停機(jī)，給二號(hào)機(jī)定子施加接近50 Hz的電源，在二號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子中長(zhǎng)時(shí)間感應(yīng)出相當(dāng)高的電壓.這樣二號(hào)機(jī)停機(jī)流程執(zhí)行過程中，由于滅磁開關(guān)分開，其常閉輔助接點(diǎn)將滅磁電阻串入轉(zhuǎn)子回路.從而使二號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓全部加在其滅磁電阻上，見圖3.

圖3 機(jī)組勵(lì)磁回路圖

正常機(jī)組停機(jī)滅磁時(shí)，滅磁電阻只在滅磁回路動(dòng)作時(shí)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，而且對(duì)滅磁電阻而言，不會(huì)承受一個(gè)連續(xù)作用的恒定電壓.在滅磁過程中，滅磁作用在短暫的幾秒鐘時(shí)間中已經(jīng)完成，而且滅磁電源是一個(gè)衰減的電壓源，滅磁電阻吸收能量有限.

桐柏抽水蓄能電站機(jī)組滅磁電阻采用M＆I Materials公司Metrosil SiC非線性電阻，其最大連續(xù)運(yùn)行溫度為115℃;最大間隔運(yùn)行溫度為160℃.由于SiC非線性電阻的材質(zhì)決定了SiC電阻的溫度特性，其特征是當(dāng)SiC電阻溫度上升時(shí)阻值會(huì)降低.可見在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓不能衰減的前提下，滅磁過程滅磁電阻溫度越來越高，電阻值越來越小，滅磁電流越來越大.從而形成惡性循環(huán)［4］.

由于在二號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子中長(zhǎng)時(shí)間感應(yīng)出相當(dāng)高的電壓，使得運(yùn)行中的滅磁電阻元件的滅磁電流或滅磁容量超過其極限值，使得電阻元件的負(fù)載溫度超過承受值，并以“電流擊穿”形式，使支路中有一片電阻片被擊穿，并在擊穿元件處引起電弧，瞬時(shí)引起類似短路情況.最終導(dǎo)致二號(hào)機(jī)滅磁電阻連接鐵皮融化并將部分SiC連接片燒裂.

3 結(jié)論

在處理類似事故時(shí)，在機(jī)組未停穩(wěn)前拉開拖動(dòng)/被拖動(dòng)閘刀應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)拖動(dòng)機(jī)GCB已分開，防止帶電拉閘刀;事故發(fā)生時(shí)，二號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓將滅磁電阻擊穿，當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)子端電壓較高，現(xiàn)場(chǎng)滅火時(shí)應(yīng)保持一定安全距離;為防止此類事件發(fā)生，修改有關(guān)流程或增設(shè)跳閘硬布線，將被拖動(dòng)閘刀分閘作為分被拖動(dòng)機(jī)滅磁開關(guān)前提條件，防止被拖動(dòng)機(jī)失磁.

［1］梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

［2］張克誠(chéng).抽水蓄能電站水能設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

［3］上海華東水電工程咨詢有限公司.抽水蓄能電站:運(yùn)行技術(shù)文集［M］.鄭州:黃河水利出版社，2006.

［4］李基成.METROSIL? SIC非線性電阻的性能特征［J］.水電廠自動(dòng)化，2008，29(1):37 －40，44.