劉松林，張 鵬

（中國長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 事件概述

2017年11月9日，某大型水電站3號(hào)機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)發(fā)生非同期合閘，機(jī)組并網(wǎng)時(shí)發(fā)生劇烈振動(dòng)，發(fā)出“嗡嗡”聲，故障錄波顯示有功沖擊最高到達(dá)770 MW，之后被電網(wǎng)拖入同步運(yùn)行。

2 故障檢查

2.1 同期裝置檢查

3號(hào)機(jī)組的自動(dòng)準(zhǔn)同期采用的是ABB公司生產(chǎn)的SYN5202同期裝置。SYN5202型數(shù)字式同期裝置中包括兩個(gè)由不同硬件與軟件組成的相互獨(dú)立的通道，這種雙通道特性進(jìn)一步提高了同期裝置的安全性，能最大程度地防止非同期合閘。當(dāng)現(xiàn)地控制單元發(fā)出合閘命令時(shí)，SYN5202會(huì)自動(dòng)尋找最佳合閘時(shí)間，發(fā)出合閘令；該裝置提供同期合同及無壓合閘兩種合閘方式，3號(hào)機(jī)組不含有GCB，應(yīng)當(dāng)使用同期合閘功能。在同期裝置并列邏輯中有相互獨(dú)立的2個(gè)通道[1]（通道1和通道2），只有當(dāng)雙通道同時(shí)滿足并列條件時(shí)，同期裝置才能發(fā)合閘令（圖1所示）。

圖1 同期裝置的雙通道檢驗(yàn)

正常發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，按同期接線方式，通道1比較AB相之間電壓，通道2比較CA相之間電壓，2個(gè)通道須同時(shí)滿足同期合閘條件或無壓合閘條件才會(huì)發(fā)令合閘并網(wǎng)。

2.2 同期合閘條件

在同期合閘并列條件監(jiān)測(cè)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)下列條件同時(shí)滿足，則發(fā)出并列指令[2]：

·相角差在公差范圍內(nèi)；

·轉(zhuǎn)差率在公差范圍內(nèi)；

·電壓差在公差范圍內(nèi)；

·電壓不低于設(shè)定的最小電壓；

·電壓不高于設(shè)定的最大電壓；

·設(shè)備處于操作狀態(tài)（正在運(yùn)行）;

·額定頻移≤5 Hz。

2.3 無壓合閘條件

無電壓線路并列是并列條件監(jiān)測(cè)的一個(gè)特例。只有當(dāng)測(cè)量邏輯滿足，外部釋放信號(hào)被接入，才會(huì)發(fā)出并列指令。若兩條無電壓線路的電壓都在下面某個(gè)許用范圍之內(nèi)，則認(rèn)為滿足測(cè)量邏輯。這些許用范圍共3個(gè)，分別由“Ulnot”、“U2not”以及“1*2not”等3個(gè)參數(shù)進(jìn)行定義，用于表示其中1個(gè)測(cè)量電壓、另外1個(gè)測(cè)量電壓和2個(gè)測(cè)量電壓的許用值[1]。

現(xiàn)場(chǎng)檢查3號(hào)機(jī)組的同期裝置參數(shù)設(shè)置與設(shè)備定值一致。檢查3號(hào)機(jī)組同期測(cè)量回路和PT相序，也和設(shè)計(jì)圖紙一致。

檢查同期裝置的同期電壓波形如圖2所示。

圖2 同期裝置記錄的滑差電壓波形

圖2顯示同期裝置發(fā)合閘令瞬間△U=-4%，α=2.1°，s=-0.14%，結(jié)合表1可知滿足自動(dòng)同期裝置整定值要求。

2.4 故障錄波檢查

故障錄波系統(tǒng)顯示合閘時(shí)三相電壓的幅值、相序均滿足定值要求，合閘時(shí)機(jī)端側(cè)電壓相角超前系統(tǒng)側(cè)電壓約90°。由于主變繞組為Y/D-11接法，正常同期合閘的情況下機(jī)端側(cè)電壓應(yīng)超前系統(tǒng)側(cè)電壓30°[3]。此次非同期合閘的瞬間，實(shí)際上造成沖擊的電壓角度差為60°。故此次的非同期合閘的沖擊由相角差造成。

2.5 同期回路檢查

如圖3所示，檢查發(fā)現(xiàn)同期裝置取得的機(jī)端電壓來自CCB匯控柜內(nèi)的PT空氣開關(guān)F34故障 。機(jī)端電壓PT空開故障導(dǎo)致同期裝置取得的三相機(jī)端電壓從Ua、Ub、Uc變成了Ua、Uc、Ua。

圖3 送同期裝置用機(jī)端PT回路圖

3 故障分析

同期回路中的機(jī)端PT空開故障，導(dǎo)致同期裝置機(jī)端三相電壓接入了Ua、Uc、Ua。同期裝置引入錯(cuò)誤的機(jī)端三相電壓后，通道1機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓比較的是Uac與UAB，通道2電壓比較的是0與UCA?，F(xiàn)對(duì)通道1比較的兩側(cè)電壓Uac與UAB作相量分析如圖4所示。

圖4 非同期合閘時(shí)的線電壓相量圖

從圖4可以看到，當(dāng)Uac超前UAB角度為30°時(shí)，同期裝置的通道1判斷符合同期并列條件，此時(shí)Uac超前UAC角度為90°，符合事故發(fā)生時(shí)的情況。

用繼電保護(hù)儀模擬此次非同期并網(wǎng)情況如表1所示。該條件下通道1滿足同期合閘條件時(shí)，通道2比較的系統(tǒng)電壓為UCA，機(jī)端電壓Uca為0 。

表1 同期試驗(yàn)故障模擬時(shí)比較的電壓

在圖5的同期裝置無壓合閘功能邏輯圖中，箭頭所指“釋放信號(hào)（Release +）”意為無壓合閘功能使能。在“釋放信號(hào)”為1時(shí)，雙通道將進(jìn)行無壓合閘的條件判斷。在“釋放信號(hào)”為0時(shí)，雙通道無壓合閘功能被閉鎖，當(dāng)一端無壓或兩端無壓時(shí)，同期裝置無法進(jìn)行合閘。

圖5 同期裝置無壓合閘邏輯圖

在圖6所示的同期裝置回路中，同期裝置的釋放信號(hào)（Release +）接線端子為X7：5，接入了來自CCB匯控柜的PT斷線閉鎖回路。并網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)側(cè)PT與機(jī)端側(cè)PT的空開節(jié)點(diǎn)均為閉合狀態(tài)，X7：5端子有24 V電壓，導(dǎo)致圖5中的“釋放信號(hào)”為1。又因?yàn)閁ca為0使得U1not滿足條件，此時(shí)通道2將進(jìn)行無壓合閘。

圖6 同期裝置回路圖

在表1模擬的試驗(yàn)中，同期裝置能在非同期點(diǎn)合閘。通道1中的Uac與UAB按同期合條件判斷滿足時(shí)，此時(shí)通道2中由于無壓合閘使能（“釋放信號(hào)Release +”）為1，并且機(jī)端電壓為0，通道2滿足無壓合閘并列條件。此時(shí)僅由通道1比較兩側(cè)電壓Uac與UAB，故發(fā)生非同期合閘時(shí)兩側(cè)線電壓相角差為90°。

綜上所述，由于同期回路中機(jī)端PT空開發(fā)生故障，使同期裝置取得錯(cuò)誤的機(jī)端電壓。并且同期回路中無壓合的釋放信號(hào)一直存在使得通道2滿足，導(dǎo)致了本次非同期合閘事件發(fā)生。

4 防范措施

為防止同期回路中的機(jī)端電壓空開故障導(dǎo)致同期裝置的PT信號(hào)有誤，故對(duì)該空開進(jìn)行了更換，并緊固回路中的端子。

因3號(hào)機(jī)組是非GCB機(jī)組，不存在無壓合閘的方式，為避免該故障復(fù)現(xiàn)導(dǎo)致通道2進(jìn)行無壓合閘，應(yīng)將同期裝置的無壓合功能閉鎖，使雙通道均進(jìn)行同期合閘的條件判斷。為了取消無壓合閘使能信號(hào)，在圖6中取消“釋放信號(hào)Release +”的相關(guān)回路。根據(jù)圖7所示，該“釋放信號(hào)（Release +）”對(duì)應(yīng)同期裝置上的端子X7:5，接至對(duì)側(cè)CCB匯控柜的PT斷線閉鎖回路。故解開X7:5與X7：6的接線，即取消無壓合使能。

圖7 同期裝置X7端子排

由于同期裝置記錄的滑差電壓波形只能顯示通道1比較的電壓情況，并不能顯示實(shí)際的電壓相序[4]。故在假同期實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)調(diào)取機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓的故障錄波波形，檢查合格后方可進(jìn)行并網(wǎng)[5]。

執(zhí)行上述防范措施后，3號(hào)機(jī)組至今再未出現(xiàn)非同期合閘事件。

5 結(jié)語

同期并列是機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)中重要的環(huán)節(jié)，非同期并列產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞定子線棒,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本次3號(hào)機(jī)組因機(jī)端PT空開故障，導(dǎo)致同期裝置機(jī)端電壓選取錯(cuò)誤，同期裝置誤發(fā)合閘令。運(yùn)維人員在事件發(fā)生后通過現(xiàn)場(chǎng)檢查、分析，找到原因并提出了防范措施。元器件的故障雖無法避免，但能通過優(yōu)化同期回路來防范類似故障發(fā)生。另外在機(jī)組的假同期試驗(yàn)中，運(yùn)維人員也要嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)，檢查同期定值、二次回路和電壓波形，杜絕非同期并列事件發(fā)生。