李振軍

(國神集團(tuán)秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066003)

0 概述

直流電源是電力系統(tǒng)中控制、保護(hù)、自動裝置及重要輔機(jī)最穩(wěn)定、可靠的電源，而蓄電池組作為直流系統(tǒng)中的后備電源，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)可以通過蓄電池供電來維持其正常工作。因此，蓄電池的穩(wěn)定性對保障電力設(shè)備的正常運(yùn)行具有重要意義。

1 系統(tǒng)配置

某廠220 kV系統(tǒng)接線方式為雙母線帶旁路，正常運(yùn)行中2條母線并聯(lián)運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)合入。2臺發(fā)電機(jī)組分別接入2條220 kV母線，2條220 kV線路也分別接入2條220 kV母線。2臺發(fā)電機(jī)組配有1臺啟動變。

220 kV系統(tǒng)設(shè)2套母線差動保護(hù)，分別為南京南瑞的RCS-915和深圳南瑞的BP-2B型母差保護(hù)。線路設(shè)2套縱聯(lián)差動保護(hù)，分別為南京南瑞的RCS-931AM和北京四方的CSC-103B型保護(hù)，及1套南京南瑞的RCS-923C型斷路器失靈保護(hù)。

發(fā)變組電量保護(hù)采用雙重化配置，保護(hù)A，B兩柜相互獨(dú)立，A，B柜采用南瑞的PCS-985B型發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置；保護(hù)C柜為非電量保護(hù)，采用南瑞的PCS-974A-G型非電量保護(hù)裝置；2臺機(jī)組配有北京四方的CSC-821廠用電源快速切換裝置；啟動變配備2套許繼的WFB802A型電量保護(hù)和一套FCZ-832型操作箱。

220 kV升壓站直流系統(tǒng)設(shè)2段動力與控制混用母線，采用單母線供電，1號浮充柜與1號蓄電池組帶網(wǎng)控直流A段母線，2號浮充柜與2號蓄電池組帶網(wǎng)控直流B段母線，A，B段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)刀閘，每組蓄電池由104個電瓶組成。

1，2號浮充柜配備雙電源自動切換，設(shè)為常用電源和備用電源兩路。1號浮充柜的常用電源取自1號機(jī)組保安段，備用電源取自2號機(jī)組保安段；2號浮充柜的常用電源取自2號機(jī)組保安段，備用電源取自1號機(jī)組保安段。1，2號浮充柜雙電源自動切換裝置可以實現(xiàn)常用電源異常時自動向備用電源切換，常用電源恢復(fù)后再切換至常用電源運(yùn)行。

2 故障概況

2020-10-27，1號機(jī)組停備，2號機(jī)組正常運(yùn)行。220 kV系統(tǒng)雙母線并聯(lián)運(yùn)行，2條220 kV線路運(yùn)行正常無操作，啟動變聯(lián)動備用。

17：15，接電網(wǎng)調(diào)度命令，1號機(jī)組準(zhǔn)備啟動并網(wǎng)。1號機(jī)組鍋爐上水啟動1號電動給水泵時，220 kV網(wǎng)控盤發(fā)“母線保護(hù)B柜報警”“網(wǎng)控1號浮充柜失電”光字牌，2號發(fā)電機(jī)電氣盤發(fā)“2號發(fā)變組A柜保護(hù)故障”光字牌。檢查母差保護(hù)B柜開入變位，開入異常報警燈亮，2條線路保護(hù)A柜發(fā)“保護(hù)裝置異?！眻缶?。

查看各保護(hù)裝置的報文得到詳細(xì)報警信息，2號發(fā)變組保護(hù)A柜報文為“強(qiáng)電開入電源監(jiān)視1→0”，220 kV母差保護(hù)B柜報文為“刀閘位置變化”，2條線路RCS931AM保護(hù)裝置報文為“閉重三跳0→1”，2號機(jī)組廠用電快速切換裝置報文為“電源失電Ugz=96.11 V，Uby=0 V”，網(wǎng)控直流1號浮充柜報文為“交流失壓”。

2020-10-28T01：36，1號機(jī)組鍋爐上水再次啟動1號電動給水泵時，上述信號再次發(fā)出。

3 報警行為分析

3.1 初步分析

故障發(fā)生后，對所有報警信息進(jìn)行了初步分析，因發(fā)變組保護(hù)、母差保護(hù)、線路保護(hù)均發(fā)出報警，而且報警似乎都與電壓量有關(guān)，分析后判斷應(yīng)是由電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波動所致。而電動給水泵在機(jī)組以往的啟動過程中和正常運(yùn)行中啟動時，從未發(fā)出過這些報警，因此未將兩者聯(lián)系在一起。

3.2 報警信息分析

2020-10-28T01：36，啟動1號電動給水泵時，上述信號再次發(fā)出。判斷應(yīng)從給水泵啟動入手，分析給水泵啟動與所有報警信息的聯(lián)系，最終得到正確的故障原因。

(1) 保護(hù)裝置失電。2號發(fā)變組保護(hù)A柜PCS-985B型發(fā)變組保護(hù)裝置的報文“強(qiáng)電開入電源監(jiān)視1→0”，是由于保護(hù)裝置電源失電導(dǎo)致裝置開入量電源消失而發(fā)出相應(yīng)報警信息，說明保護(hù)裝置的直流電源曾經(jīng)失電。

案例2：某大學(xué)針對某項政策的態(tài)度調(diào)查，隨機(jī)抽取300名該校不同身份的被調(diào)查者，了解其對該政策的觀點(diǎn)，調(diào)查結(jié)果如表2所示。

(2) 開關(guān)操作箱失電。BP-2B型母差保護(hù)裝置的刀閘切換是通過接于母線的各元件刀閘的輔助接點(diǎn)啟動開關(guān)操作箱，再啟動母差保護(hù)開入量單元的光隔實現(xiàn)的。刀閘切換回路由母線刀閘位置接點(diǎn)和電壓切換繼電器組成，當(dāng)相關(guān)元件的開關(guān)操作箱直流電源失電后，電壓切換繼電器返回，常開接點(diǎn)斷開，電源恢復(fù)后常開接點(diǎn)再次閉合。相對于母差保護(hù)裝置的刀閘位置指示來說，相當(dāng)于刀閘由合閘變?yōu)榉珠l再回到合閘狀態(tài)。刀閘位置狀態(tài)發(fā)生變化時，裝置會發(fā)刀閘位置變位報警。報文“刀閘位置變化”說明相關(guān)開關(guān)操作箱直流電源曾經(jīng)失電。

(3) 重合閘裝置失電。南瑞RCS-931AM保護(hù)裝置中溝通三跳為常閉接點(diǎn)，重合閘裝置故障或直流電源消失，將溝通三跳接點(diǎn)閉合，發(fā)“閉重三跳”信號報警。報文“閉重三跳0→1”也說明重合閘裝置直流電源曾失電。

(4) 啟動變高壓側(cè)開關(guān)操作箱失電。CSC821微機(jī)型廠用電快速切換裝置中，備用電源電壓檢測的是220kV母線電壓。220 kV母線電壓經(jīng)過啟動變高壓側(cè)開關(guān)操作箱的電壓切換回路開入，操作箱電壓切換回路由母線刀閘位置接點(diǎn)和電壓切換繼電器組成。當(dāng)操作箱直流電源消失時，電壓切換繼電器返回，常開接點(diǎn)斷開，快切裝置的備用電壓檢測回路檢測到的電壓為0。因此，報文“電源失電Ugz=96.11 V，Uby=0 V”，說明啟動變高壓側(cè)開關(guān)操作箱曾經(jīng)失電。

通過以上報文分析，得出這些保護(hù)裝置或開關(guān)操作箱的直流電源都曾經(jīng)短暫失電。

4 原因分析

4.1 保護(hù)裝置電源接線方式分析

對2號發(fā)變組保護(hù)A柜、線路重合閘裝置和220 kV線路開關(guān)、220 kV母聯(lián)開關(guān)和啟動變開關(guān)操作箱的直流電源進(jìn)行篩查，發(fā)現(xiàn)這些電源均取自網(wǎng)控直流A段，且該A段母線曾短暫失電，失電的原因應(yīng)與電動給水泵啟動有關(guān)系。

4.2 電動給水泵啟動對浮充柜的影響

電動給水泵電機(jī)功率為5 500 kW，額定電壓為6 kV，額定電流為599 A。每次電機(jī)啟動時，對廠用電電壓影響較大，6 kV廠用母線電壓會大幅下降。本次啟動時，6 kV廠用母線電壓下降到4.88 kV，380 V廠用母線電壓下降到309 V。1號組電動給水泵接于6 kV工作A段母線，而該機(jī)組380 V保安段的上級電源380 V工作A段母線同樣取自6 kV工作A段母線。因此，在啟動1號電動給水泵時，380 V保安段的電壓也下降到了309 V左右。

網(wǎng)控直流1號浮充柜因保安段母線電壓降低，發(fā)生了交流電源切換，故網(wǎng)控盤發(fā)“網(wǎng)控1號浮充柜失電”光字牌，網(wǎng)控直流1號浮充柜發(fā)“交流失壓”報文是正確的。

4.3 浮充柜交流電源切換工作原理

浮充柜的交流電源輸入分為手動控制和自動切換控制2種輸入方式，兩路交流電源輸入時采用自動切換方式，使用交流電源自動切換控制盒并輔以2個交流電源接觸器組成自動切換電路，實現(xiàn)系統(tǒng)兩路交流電源的自動切換輸入。

經(jīng)查閱說明書發(fā)現(xiàn)，電源切換設(shè)定的電壓偏低，切換點(diǎn)定值為相電壓170 V，換算到380 V電壓等級為293 V。定值在出廠時被固化在電源投切模塊中，運(yùn)行中不能更改。

查閱相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定與電壓切換的設(shè)定值有所偏差，如DL/T 724—2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，充電裝置的基本參數(shù)交流輸入額定電壓為(380±10 %) V；DL/T 857—2004《發(fā)電廠、變電所蓄電池用整流逆變設(shè)備技術(shù)條件》規(guī)定，交流電網(wǎng)電壓波動范圍，380 V電網(wǎng)為342～437 V。由此可見，設(shè)定值相較于上述標(biāo)準(zhǔn)偏低。

在實際運(yùn)行中，啟動1號電動給水泵時，380 V保安段電壓都會下降到310 V左右，但每次浮充柜交流電源都會切換，說明電源投切模塊的電壓采樣并不準(zhǔn)確，而且每次交流電源切換都會使浮充柜中斷輸出。

4.4 直流母線蓄電池失效分析

直流系統(tǒng)因有蓄電池組存在，浮充柜輸出中斷并不會使直流母線失電，如出現(xiàn)直流母線失電，則說明蓄電池組可能失效。

檢查網(wǎng)控直流1號蓄電池組的電流表顯示為0，浮充柜控制器顯示浮充電流為-0.3 A，說明浮充電運(yùn)行方式下蓄電池組工作狀態(tài)可能異常。對每個單體蓄電池進(jìn)行電壓測量，發(fā)現(xiàn)4號、68號瓶單體電壓為0，69號瓶單體電壓為12 V。倒換直流母線運(yùn)行方式后，測量1號蓄電池組出口端電壓在20～30 V擺動，進(jìn)一步驗證了1號蓄電池組已經(jīng)失效。1號網(wǎng)控浮充柜兩路交流電源切換過程中，切換的時間約為15 s，因1號蓄電池組失效，網(wǎng)控直流A段母線也就失電大約15 s，這樣就可以合理解釋電動給水泵啟動時，各保護(hù)裝置所發(fā)報警是由1號蓄電池組失效所致。

更換4號、68號及69號瓶之后，蓄電池組電壓恢復(fù)至232 V，浮充電流也指示正常，蓄電池組恢復(fù)正常功能。

5 風(fēng)險預(yù)控措施

5.1 風(fēng)險分析

本次事件因設(shè)備啟動引起，直流母線失電時間較短，未引發(fā)嚴(yán)重不利影響。但是，交流電源如發(fā)生長時間故障，直流母線會因蓄電池組失效而失電。從網(wǎng)控直流A段所接帶負(fù)荷來看，2臺機(jī)組的A套發(fā)變組電量保護(hù)、線路保護(hù)、母差保護(hù)及啟動變保護(hù)的其中1套保護(hù)和線路重合閘裝置均失電，線路開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)及啟動變高壓側(cè)開關(guān)的操作箱均失電。如發(fā)生系統(tǒng)故障，將因直流電源失電造成保護(hù)及自動裝置拒動，各開關(guān)無法正常操作而致事故影響擴(kuò)大，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)及設(shè)備安全。

5.2 預(yù)控措施

本次失效的蓄電池組為閥控蓄電池，已運(yùn)行8年，按DL/T 724—2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，應(yīng)每年做1次核對性放電試驗。試驗中如發(fā)現(xiàn)工作狀態(tài)不佳的單體蓄電池，應(yīng)更換為備用蓄電池，或根據(jù)試驗情況整體更換蓄電池組。

在運(yùn)行中，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)視蓄電池組的端電壓值、浮充電流值、蓄電池組及直流母線的對地電阻值和絕緣狀態(tài)。每周測量1次每只蓄電池的電壓值，如發(fā)現(xiàn)異常，及時更換。

在此基礎(chǔ)上，可視條件安裝蓄電池組在線監(jiān)測裝置，做到實時了解蓄電池運(yùn)行狀況，如有異常及時發(fā)現(xiàn)和處理，避免因蓄電池組失效引發(fā)更嚴(yán)重的后果。

6 結(jié)束語

蓄電池組相對于直流系統(tǒng)乃至整個發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的重要性不言而喻，而蓄電池組失效有著不易發(fā)現(xiàn)的隱蔽性，在運(yùn)行中應(yīng)對蓄電池組的工作狀態(tài)多加關(guān)注，以保證直流系統(tǒng)的不間斷供電，從而保證電力系統(tǒng)的安全、可靠、高效運(yùn)行。