水电站直流系统接地事件分析及处理

水电站直流系统接地事件分析及处理

龙俊安

阿坝水电开发有限公司

四川省阿坝州黑水县色尔古镇 623500

摘要：随着低水头径流电站的发展，灯泡贯流式机组因其投资少、安装周期短、维护方便等优点而得到越来越广泛的应用。

关键词：水电站；直流系统；接地故障；事故分析；处理办法；

直流系统接地故障是水电站常见故障,必须引起高度重视,否则容易给电站的安全和经济运行带来损失。结合具体实例,分析直流系统接地故障和引发的事故原因,提出了相应的解决办法,以防止类似事故发生,提高电站的安全运行水平。

一、事故叙述

某水利工程共15台灯泡贯流式水轮发电机组,单机容量42 M W,总装机容量为630 M W,内江6台机、外江9台机,采用三机一变单元接线方式,是国家“西电东送”计划和实施西部大开发战略的重点项目。作为电站直流系统在设计时存在一定隐患,不符合《国家电网公司18项反措》的要求,自2015年水利枢纽工程1F投产运行,厂内直流系统接地已引发几起开关站220 kV开关跳闸事件,直接影响机组安全运行,这里主要分析近期发生的一起直流接地事件及其后果,通过原因分析已避免在其他电厂出现该问题。2018年8月12日,在进行外江消防系统应急照明电源交直流切换试验时,造成外江2F、3F、4F机组事故停机,1F、2F、3F扩大单元的1B主变高压侧开关2001开关跳闸,造成4F机旁现地控制单元(LCU)屏可编程逻辑控制器(PLC)死机、开关站LC U屏PLC死机,2F电调柜I/O板烧毁。由于1F机组停机,未对1F机组产生其他后果。

二、检查情况

1.保护装置报文。除1B保护装置B柜非电量及辅助屏有JB1(三相不一致保护动作出口)报文外,无其他导致2001开关跳闸、机组停机保护动作报文(所有机组保护装置、出线保护装置)。

2.故障录波器报文。通过1B故障录波器报文,可以看出在2001开关A、C相跳闸前,主变高压侧三相电流平衡(0.332 A),非全相时B相电流到1.533 A,同时刻2001开关三相不一致保护动作出口,其他保护及开关量无变位情况。通过2B故障录波器报文,可以看出5F机组所有保护在故障时受到干扰,但在0.4～0.625 m s后立刻复归,其他机组保护及开关量无变位情况。通过3B故障录波器报文,可以看出7F、9F机组所有保护均在故障时受到干扰,同样在0.4～0.625 ms后立刻复归。其他机组保护及开关量无变位情况。1F、2F、3F、4F机组故障录波器均无报文。220 kV出线故障录波器在故障后只有系统振荡报文。

3.直流系统报文检查。故障前直流系统负母线欠压、绝缘降低信号已在直流监控器屏幕报出,同时报文里记录了8月8日进行应急照明切换试验时的告警信号,查阅内江直流监控器报文,也记录了近期两次应急照明切换试验时直流母线绝缘较低报文,可以看出只要进行消防系统的应急照明电源交直流切换试验,直流系统就存在母线欠压,绝缘降低的隐患。通过报文可以看出2001开关跳闸故障前直流系统已故障,同时在20 s内造成Ⅰ段控母失电,在此期间只有应急照明系统切换试验。

三、原因分析

1.2F机组甩负荷,802开关未跳闸通过对上位机故障报文进行比对析,10:28时,从2号机旁电源出现短暂消失(注:风闸退出位置2、4复归信号只有在装置电源消失时,重启时报出)到1B非全相保护动作,2F由事故状态到不定态(开关未跳闸)的事故过程中,2F机旁1号LCU柜PLC电源存在短暂消失及异常的可能(处于停机状态的1F LCU记录到机旁动力电源出现短暂消失现象,此时同2001开关A、C相跳闸时间相同),PLC装置电源瞬间断电及异常可造成PLC短时间无法正常工作,在2001开关三相不一致保护动作启动2F机组事故流程时,未向调速器、励磁、保护及其他设备发出事故动作信号,802开关未跳闸。2F关导叶停机原因是由于2F电调事故启动内部急停动作(注:电调事故只动作关闭导叶,电调事故由主配拒动、过速115%启动)。同时由于PLC由电源消失及异常造成的PLC系统开出混乱,造成机组停机时,发出:有功调节、一次调频调节令动作等异常信号。2F机旁交直流电源故障造成电调柜I/O板烧毁。

2.3F机组甩负荷原因分析。通过对上位机故障报文进行比对分析,10:28时,由于1B非全相保护动作,启动3F事故停机,属正确(注:电站对于主变SOE量动作均启动本扩大单元机组事故停机流程)。

3.4F事故停机。通过对上位机故障报文进行比对分析,10:28时,由于4F机旁交、直流盘交流电源异常,造成4F径向轴承回油流量中断、组合轴承回油流量中断,4F停机,属正确(注:径向轴承或组合轴承回油流量中断均启动机组事故停机流程)。

4.2001开关跳闸分析。同时在进行2001开关所有检查项目检查后发现:（1）第一组跳闸线圈直阻不一致,B相比其他两相高26

;（2）开关站LC U屏开出继电器使用欧姆龙系列的DC24 V LY2NJ继电器,动作功率不满足国网反措中关于中间继电器工作功率大于5 W的要求。通过对上位机故障报文进行比对分析,在开关站LCU电源故障,LC U屏内开出继电器抗干扰能力不满足要求时,在同故障量情况下造成A、C相先于B相跳闸是可能的,对此2001开关跳闸原因是:交流串入直流系统,造成直流系统异常时,LC U屏内开出继电器抗干扰能力不满足要求,造成2001开关A、C相先于B相跳闸。

5.原因综合分析。通过以上分析,造成本次事故的原因是:（1）内外江应急照明系统存在设计缺陷,存在交流窜入直流,引起直流系统故障的隐患。切换装置设备采用单一交流接触器(1KM)、直流接触器(2KM、3KM、4KM)、中间继电器ZJ等元件组成,切换装置示意图如图1所示。

图1应急照明切换装置

对中间继电器ZJ检查发现,有一对用于直流控制回路的接点粘连(回路号202、204),一对用于直流控制回路的接点有明显拉弧痕迹(回路号207、211),一对用于交流控制回路的接点有明显拉弧痕迹(回路号115、107)。进行应急照明电源切换试验时,由于中间继电器ZJ性能不好(接点粘连),一对用于直流控制回路的接点(回路号207、211)或一对用于交流控制回路的接点(回路号115、107)抖动或切换时不灵活,当交流电源、直流电源同时供电时,交流失电切换到直流供电时,如果交流接触器主触头拉弧,分断不完全,就有可能交流窜入直流;当直流失电切换到交流供电时,由于直流接触器主触头灭弧能力没有交流灭弧快,都可能造成交流窜入直流,引起直流系统故障。（2）正极母线对地绝缘未达到高阻要求,也是本次事件的原因。外江控制母线Ⅰ为:正极对地绝缘315.99 k ,负极对地绝缘999.99 k 。

四、采取的措施

对内外江所有采用应急照明类似设计的交、直流切换装置的直流电源切除,并挂“禁止合闸”标示牌,并、进行交直流切换装置进行换型改造。不定期检查内、外江直流系统的接地情况,尤其增加开关站的检查工作,解决外江控制母线绝缘低的问题。更换外江LC U屏内开出继电器,满足动作功率5 W要求。

总之，此次事故原因是应急照明系统存在设计缺陷,造成切换试验时交流窜入直流,引起直流系统故障,外江2F、3F、4F机组事故停机,1F、2F、3F单元的1B主变高压侧开关2001开关跳闸,造成4F机旁LCU屏PLC死机、开关站LC U屏PLC死机,2F电调柜I/O板烧毁,事故后果严重,同时在试验前人员未进行危险分析及事故预想也在此次事故的主要原因,在此次事故分析中大家都对切换装置设计中对接触器灭弧时间未考虑、中间继电器性能不可靠提出相同意见,所以事件在开始前是可以避免的。

参考文献：

[1]张志强.水电站直流系统接地事件分析及措施.2019.

[2]赵勇.浅谈水电站直流系统接地事件分析及处理.2018.