摘要:針對某特高壓換流站TTS-300-2型調(diào)相機(jī)由于風(fēng)機(jī)電源故障,引發(fā)調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障,使得調(diào)變組保護(hù)A、B屏保護(hù)動(dòng)作,造成調(diào)相機(jī)跳閘的事故,分析了風(fēng)機(jī)電源發(fā)生故障的原因,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞:調(diào)相機(jī);風(fēng)機(jī)電源;勵(lì)磁系統(tǒng)
0 引言
當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受到大的擾動(dòng),會(huì)造成換流站母線電壓大幅波動(dòng),濾波器等無功補(bǔ)償裝置無法及時(shí)向系統(tǒng)提供所需的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償,導(dǎo)致?lián)Q流閥換相失敗,進(jìn)而導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖,危及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)相機(jī)具有容量大、可靠性高、動(dòng)態(tài)維持電壓能力強(qiáng)等特點(diǎn),能夠通過強(qiáng)勵(lì)向電網(wǎng)提供大量的動(dòng)態(tài)無功功率,從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
1 事故簡介
1.1 ? ?設(shè)備異常情況
某特高壓換流站TTS-300-2型2號調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)文顯示風(fēng)機(jī)故障、整流柜退出、勵(lì)磁系統(tǒng)故障,調(diào)變組保護(hù)A、B屏開關(guān)量保護(hù)動(dòng)作,調(diào)相機(jī)并網(wǎng)開關(guān)5102斷路器分閘,滅磁開關(guān)跳閘。
該換流站2號調(diào)相機(jī)為上海電氣生產(chǎn)的TTS-300-2雙水內(nèi)冷調(diào)相機(jī),勵(lì)磁系統(tǒng)生產(chǎn)廠家為德國西門子,調(diào)變組保護(hù)A屏為南瑞繼保生產(chǎn)的PCS-985QG保護(hù)屏,調(diào)變組保護(hù)B屏為北京四方生產(chǎn)的CSC-300保護(hù)屏。
1.2 ? ?事故發(fā)生前系統(tǒng)運(yùn)行方式
該換流站1、2號調(diào)相機(jī)處于正常運(yùn)行方式,1號調(diào)相機(jī)5101處于開關(guān)合位,2號調(diào)相機(jī)5102開關(guān)處于合位,2臺機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)均為自并勵(lì)運(yùn)行方式。某日00:14接網(wǎng)調(diào)通知,調(diào)整泰州換流站交流系統(tǒng)電壓至520 kV;01:30左右,泰州換流站交流系統(tǒng)電壓由524 kV調(diào)整至520 kV,1號、2號調(diào)相機(jī)為深度進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)。
1.3 ? ?事故現(xiàn)場檢查情況
1.3.1 ? ?調(diào)相機(jī)DCS后臺報(bào)文
(1)02:06:23,調(diào)相機(jī)DCS后臺報(bào)文顯示“2號機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)1”“2號機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)2”“2號機(jī)主勵(lì)磁系統(tǒng)總報(bào)警1”“2號機(jī)主勵(lì)磁系統(tǒng)總報(bào)警2”;
(2)02:06:30,風(fēng)機(jī)停運(yùn)7 s后,DCS后臺報(bào)文顯示“2號功率柜故障1”“2號功率柜故障2”;
(3)02:06:31,風(fēng)機(jī)停運(yùn)8 s后,DCS后臺報(bào)文顯示“2號勵(lì)磁B通道為運(yùn)行通道”;
(4)02:06:44,風(fēng)機(jī)停運(yùn)21 s后,調(diào)相機(jī)DCS后臺報(bào)文顯示“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)B開關(guān)量4保護(hù)開入(勵(lì)磁故障)”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)A開關(guān)量4保護(hù)開入(勵(lì)磁故障)”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)A-保護(hù)跳閘”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)B-保護(hù)跳閘”“2號機(jī)主勵(lì)磁系統(tǒng)故障1”“2號機(jī)主勵(lì)磁系統(tǒng)故障2”;
(5)02:06:45,調(diào)相機(jī)DCS后臺報(bào)文顯示“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)A保護(hù)啟動(dòng)”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)A開關(guān)量4保護(hù)動(dòng)作”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)A跳高壓1側(cè)斷路器”“2號調(diào)變組保護(hù)A跳滅磁開關(guān)”“2號調(diào)變組保護(hù)A跳SFC”“2號調(diào)變組保護(hù)A開關(guān)量啟動(dòng)”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)B保護(hù)啟動(dòng)”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)B開關(guān)量4保護(hù)動(dòng)作”“2號機(jī)調(diào)變組保護(hù)B跳高壓1側(cè)斷路器”“2號調(diào)變組保護(hù)B跳滅磁開關(guān)”“2號調(diào)變組保護(hù)B跳SFC”“2號調(diào)變組保護(hù)B開關(guān)量啟動(dòng)”“5102斷路器保護(hù)PCS921AG保護(hù)啟動(dòng)”。
1.3.2 ? ?調(diào)變組保護(hù)
2號調(diào)相機(jī)調(diào)變組保護(hù)A、B柜保護(hù)跳閘指示燈亮,保護(hù)報(bào)文顯示“開關(guān)量4保護(hù)動(dòng)作”,出口跳高壓側(cè)并網(wǎng)開關(guān)5102斷路器及勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)。
1.3.3 ? ?勵(lì)磁系統(tǒng)
現(xiàn)場檢查風(fēng)機(jī)/風(fēng)壓開關(guān)、馬達(dá)斷路器、電源切換接觸器和繼電器、端子等風(fēng)機(jī)相關(guān)回路及器件外觀,檢查結(jié)果無異常。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)警畫面顯示:(1)02:06:23.584,報(bào)風(fēng)機(jī)故障;(2)02:06:30.876,報(bào)整流1、2柜故障,調(diào)節(jié)器自動(dòng)切換至備用通道;(3)02:06:38.284,備用通道仍然報(bào)風(fēng)機(jī)故障;(4)02:06:45.592,報(bào)整流1、2、3柜故障,發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)故障聯(lián)跳令。
2 事故原因分析
2.1 ? ?勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電氣回路與邏輯
西門子勵(lì)磁系統(tǒng)共有3臺功率柜,每臺功率柜有2個(gè)風(fēng)機(jī)互為備用,6臺風(fēng)機(jī)電源全部取自同一條400 V母線,3個(gè)功率柜共用1個(gè)電源切換裝置,切換裝置向上接2路電源,一路取自勵(lì)磁變低壓側(cè)(調(diào)相機(jī)機(jī)端電壓),經(jīng)過熔絲再通過隔離變變?yōu)?00 V,作為主用電源;另一路取自調(diào)相機(jī)站用電400 VⅡ段,作為備用電源。主用電源回路配有電源切換繼電器(低電壓動(dòng)作值360 V,返回值365 V,延時(shí)0.1 s),當(dāng)監(jiān)測的主用電源回路電壓正常時(shí),接觸器Q05吸合,Q06分開;當(dāng)主回路電壓異常,電源切換繼電器動(dòng)作,則Q05分開,Q06吸合,主回路電壓恢復(fù)至返回值以上時(shí),再切回至主電源,西門子勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)供電回路如圖1所示。由于該回路中3臺功率柜僅有1臺電源切換裝置,當(dāng)主電源發(fā)生故障,同時(shí)電源切換裝置發(fā)生故障時(shí),會(huì)導(dǎo)致3臺功率柜全部退出,引發(fā)調(diào)相機(jī)跳閘。
每臺風(fēng)機(jī)對應(yīng)一個(gè)風(fēng)壓開關(guān),當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行后,風(fēng)壓變大,功率柜風(fēng)壓開關(guān)動(dòng)作,AVR控制器判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常;當(dāng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí),主控制器在檢測到風(fēng)壓開關(guān)為零并持續(xù)7 s后切換到備用風(fēng)機(jī),若備用風(fēng)機(jī)風(fēng)壓開關(guān)為零且持續(xù)7 s,則發(fā)出整流橋報(bào)警信號,并切換通道至備用控制器;備用控制器同樣檢測一遍風(fēng)壓仍未恢復(fù),勵(lì)磁系統(tǒng)則報(bào)嚴(yán)重故障,發(fā)跳閘指令。
根據(jù)調(diào)相機(jī)DCS后臺事件報(bào)文,結(jié)合AVR控制器就地告警信息可以判斷,2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)停運(yùn),引起勵(lì)磁整流柜退出,導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)故障跳閘指令,調(diào)變組保護(hù)收到跳閘開入量后,保護(hù)出口跳機(jī)。
導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停運(yùn)的原因可能有:風(fēng)機(jī)電源丟失、風(fēng)機(jī)自身故障、風(fēng)機(jī)壓差檢測開關(guān)故障、通風(fēng)回路堵塞等,而此次故障的6臺風(fēng)機(jī)全部停止,可排除風(fēng)機(jī)本體、壓差檢測開關(guān)、通道回路、濾網(wǎng)堵塞等引起故障的可能性,檢查重點(diǎn)應(yīng)為風(fēng)機(jī)共有的電源回路。故障前由于機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行,機(jī)端電壓只有18.88 kV,經(jīng)過兩級降壓后,理論上主回路電源電壓為377.6 V,但由于勵(lì)磁變低壓側(cè)電源受整流諧波等擾動(dòng)影響,再加上電源切換繼電器精度影響,初步分析可能會(huì)導(dǎo)致電源切換繼電器動(dòng)作,造成2路電源來回切換。
2.2 ? ?現(xiàn)場檢測試驗(yàn)情況及分析
現(xiàn)場檢查風(fēng)機(jī)、風(fēng)壓監(jiān)視開關(guān)、馬達(dá)斷路器、電源切換接觸器和繼電器、端子等風(fēng)機(jī)相關(guān)回路及器件外觀,結(jié)果無異常。通過對電源切換繼電器進(jìn)行單體校驗(yàn),動(dòng)作電壓動(dòng)作值、返回值均正確,接觸器動(dòng)作行為均正確。
采用站用電電源就地手動(dòng)逐個(gè)啟動(dòng)6臺風(fēng)機(jī),檢查風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向、啟動(dòng)及風(fēng)壓監(jiān)視等反饋,檢查結(jié)果均正常,無異響及反轉(zhuǎn)情況,可見風(fēng)機(jī)本身無故障,作為備用電源的站用電回路正常。
拆掉電壓切換繼電器與主回路連接,使用繼電保護(hù)儀輸出三相電壓至電壓切換繼電器,更改電壓切換繼電器低電壓定值為180 V(繼保儀單相最高輸出120 V),在不啟動(dòng)風(fēng)機(jī)的情況下校驗(yàn)該電壓切換繼電器低電壓動(dòng)作值為157 V,返回值為182 V,且2路電源的接觸器(Q05、Q06)切換正常,可以證明電壓切換繼電器及切換功能都正常。
使用調(diào)壓器模擬機(jī)端電壓降低的實(shí)際工況。首先把電壓切換繼電器低電壓定值恢復(fù)至360 V,調(diào)壓器3路電壓接至電壓切換繼電器,只啟動(dòng)1臺風(fēng)機(jī),將調(diào)壓器輸出電壓由400 V逐漸降低,當(dāng)電壓調(diào)整至切換電壓動(dòng)作定值為360 V左右時(shí),電壓切換繼電器動(dòng)作,風(fēng)機(jī)從主電源切至備用電源,此時(shí)主電源由于甩負(fù)荷變空載,電壓回升至367 V左右,滿足切回主電源的條件(切回動(dòng)作定值365 V),風(fēng)機(jī)從備用電源回切至主電源,主電源電壓降低,重復(fù)切換動(dòng)作行為。由于切換動(dòng)作延時(shí)僅0.1 s,經(jīng)過反復(fù)的高速切換,最后主備風(fēng)機(jī)電源接觸器卡在中間位置,無法吸合,2路電源均丟失,風(fēng)機(jī)發(fā)生故障退出。
將電源切換繼電器延時(shí)由0.1 s修改為1.0 s,主電源返回切換電壓值由365 V提高到380 V,重復(fù)上述試驗(yàn),在主電源電壓下降及上升過程中,由于返回切換電壓值提高,躲過了主電源受擾波動(dòng)電壓范圍,且切換周期延長后,電壓切換繼電器動(dòng)作可靠性提高,主備接觸器未高速反復(fù)切換,風(fēng)機(jī)切換均穩(wěn)定且啟動(dòng)與反饋正常。
3 事故結(jié)論
根據(jù)故障報(bào)文波形分析和繼電器、風(fēng)機(jī)、回路檢查結(jié)果,并通過外接調(diào)壓器進(jìn)行風(fēng)機(jī)加壓、降壓試驗(yàn)?zāi)M故障時(shí)的工況可知,故障發(fā)生時(shí)機(jī)組為進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài),機(jī)端電壓、勵(lì)磁變低壓側(cè)電壓降低,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電源主回路電壓降低至電源切換臨界值附近(電源切換臨界值為360 V,切回臨界值為365 V),機(jī)端電源受整流諧波、風(fēng)機(jī)啟停(風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流較大,會(huì)使有阻抗的載流元件壓降增大,反之風(fēng)機(jī)停止電流為零時(shí)電壓升高)等因素?cái)_動(dòng),電壓在切換和切回臨界電壓值附近波動(dòng),電源切換繼電器反復(fù)來回快速切換后,導(dǎo)致電源切換接觸器卡死在中間位置(試驗(yàn)時(shí)重現(xiàn)了該現(xiàn)象),無法吸合,導(dǎo)致2路電源均丟失,6臺風(fēng)機(jī)全部停轉(zhuǎn),功率柜隨之全部退出,從而跳機(jī)。
綜上可知,風(fēng)機(jī)主電源在進(jìn)相時(shí)易受機(jī)端電源等因素?cái)_動(dòng),風(fēng)機(jī)電源切換繼電器低電壓動(dòng)作值設(shè)置偏大、返回值偏小、延時(shí)設(shè)置過小是造成此次跳機(jī)事件的直接原因。此外,風(fēng)機(jī)回路設(shè)計(jì)未實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立冗余,存在單一元件故障導(dǎo)致跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。
4 改進(jìn)措施
(1)機(jī)端電壓在進(jìn)相時(shí)會(huì)顯著降低,導(dǎo)致風(fēng)機(jī)供電不穩(wěn)定,建議將風(fēng)機(jī)電源改為2路站用電,不再采用機(jī)端電源。
(2)西門子勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電源切換回路無冗余,存在單一元件故障導(dǎo)致系統(tǒng)跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn),建議風(fēng)機(jī)1使用主電源,風(fēng)機(jī)2使用備用電源,風(fēng)機(jī)切換功能通過PCS-9425實(shí)現(xiàn),低電壓動(dòng)作值320 V,延時(shí)1 s,每個(gè)功率柜內(nèi)2臺風(fēng)機(jī)電源回路實(shí)現(xiàn)完全的獨(dú)立冗余。
5 結(jié)語
本文通過分析某調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電源出現(xiàn)故障的原因,找出了勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電源切換回路及電源配置中存在的設(shè)計(jì)缺陷,提出了相應(yīng)的整改措施,提高了調(diào)相機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電源的可靠性,對后續(xù)調(diào)相機(jī)工程建設(shè)具有一定的借鑒意義。
收稿日期:2020-08-27
作者簡介:高春(1990—),男,福建福清人,助理工程師,研究方向:電力運(yùn)行。