陳小強，章 亮，何靈子，潘菊芳

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200)

1 前言

華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，安裝4臺單機容量為300 MW的立軸混流可逆式單級水泵水輪機發(fā)電電動機組.電站總裝機容量1200 MW，日發(fā)電量600萬 kW·h，平均年發(fā)電量21.18億kW·h，總抽水容量1344 MW，日抽水用電量797萬 kW·h，平均年抽水用電量28.13億kW·h，本工程電站建成后，以二回500 kV出線接入華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰，填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務(wù).

抽水蓄能機組在抽水前必須先達到抽水調(diào)相狀態(tài).啟動抽水調(diào)相有兩種方法，第一種是SFC(靜止變頻器)啟動，第二種是BTB(背靠背)啟動.正常情況下優(yōu)先使用SFC啟動方式，BTB方式作為備用.

圖1為桐柏電廠主接線圖中1號、2號機組部分截圖，紅色部分表示背靠背啟動時2臺機組的電氣連接.拖動機(左)機組開關(guān)合閘，投入勵磁，發(fā)電方向旋轉(zhuǎn)，通過該機組拖動閘刀和被拖動機(右)的被拖動閘刀，帶動被拖動機抽水方向旋轉(zhuǎn)，直至被拖動機并網(wǎng)到達抽水調(diào)相狀態(tài).然后拖動機自動停機，開關(guān)分閘，拖動閘刀和被拖動機(右)的被拖動閘刀分閘，2 臺機組的電氣連接斷開［1－2］.

2 事故現(xiàn)象及分析

4號機拖動2號機啟動過程中，4號機發(fā)“LCU不在穩(wěn)態(tài)或轉(zhuǎn)換過程中(GBX_LCU_MEM_LOS)”，“2號機背靠背啟動原動機準備好“否”信號，2號機轉(zhuǎn)停機，但是4號機并沒有出現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)停機信號，而是4號機本應(yīng)在拖動機狀態(tài)下被閉鎖的低頻保護(81G-A)和負序過流保護(46G-A)動作轉(zhuǎn)停機.

分析這個問題，我們需要查看整個機組BTB啟動的控制邏輯圖:圖2～圖8以及機組的二次回路圖:圖9～圖12.為方便分析，本文只截取邏輯圖中的相關(guān)部分.

由圖2可知，被拖動機收到停機令后停機的同時會給拖動機發(fā)一個停機令“OBN_LER_SPO_UA/UB/UC”，這個停機令通過輸入輸出回路傳送到拖動機就為圖3中的“IBA/IBB/IBC_LER_SPO”(來自被拖動機的停機令)，這個令并列“GBX_LERO”(拖動令)后輸出“GBX_LER_SPO”(拖動機停機令).

圖4 BTB機組停機邏輯圖

在圖4中“GBX_LER_SPO”再并列“GBX_LERO”后觸發(fā)拖動機停機令”GBX_SPO”，使拖動機轉(zhuǎn)停機.所以在正常情況下，當時2號機(被拖動機)停機后4號機(拖動機)應(yīng)該收到一個停機令”GBX_SPO”.

圖5 機組3S流程邏輯圖

由邏輯圖5可以看出，機組LCU不在穩(wěn)態(tài)或轉(zhuǎn)換過程中“GBX_LCU_MEM_LOS”信號延遲10秒并列一個本機組停機令”GBX_SPO”作用于機組走3S停機流程.所以在正常情況下4號機同時收到“GBX_LCU_MEM_LOS”和“GBX_SPO”兩個信號后應(yīng)該走3S停機流程.

但是事實上，4號機并沒有出現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)停機信號，沒有立即走3S流程，而是等A組低頻保護(81－A)動作跳機后才走了3S停機流程.由邏輯圖4可以看出，保護動作產(chǎn)生的跳機令“GBX_TRIP”也是可以觸發(fā)停機令“GBX_SPO”，顯然是保護動作產(chǎn)生的停機令“GBX_SPO”與“GBX_LCU_MEM_LOS”作用使機組走了3S流程.

綜上所述，4號機在保護動作前應(yīng)該是沒有收到“GBX_SPO”信號，這才是4號機在2號機停機后沒有立即走3S停機流程的問題所在.

從邏輯圖4可知，來自被拖動機的停機令“GBX_LER SPO”和拖動機的拖動令“GBX_LERO”兩個條件同時滿足后才觸發(fā)拖動機的停機令“GBX_SPO”.4號機沒有收到“GBX_SPO”信號，原因不外乎這兩個前提條件中有一個沒有滿足.

是否是因為拖動機4號機不在穩(wěn)態(tài)或者轉(zhuǎn)換過程中，導(dǎo)致4號機的“GBX_LERO”信號丟失使得該機組沒有產(chǎn)生停機令“GBX_SPO”?

圖6 BTB拖動機拖動邏輯圖

查看邏輯圖6可知，“GBX_LERO”復(fù)歸的條件正好是“GBX_SPO”，4號機在狀態(tài)丟失前已經(jīng)在拖動機狀態(tài)運行了，所以肯定收到了拖動令“GBX_LERO”令，沒有“GBX_SPO”令，“GBX_LERO”令不會復(fù)歸，所以當時4號機的“GBX_LERO”應(yīng)該存在，最終可以肯定問題出在 4號機沒有收到“GBX_LER SPO”信號.

結(jié)合邏輯圖2、圖3不難看出只有一種可能，那就是2號機(被拖動機)傳送給4號機(拖動機)的停機令“OBN_LER_SPO_UA/UB/UC”通過輸入輸出回路轉(zhuǎn)化為4號機(拖動機)的“IBA/IBB/IBC_LER_SPO”信號出現(xiàn)了問題.這應(yīng)該是2號機與4號機之間的通訊出現(xiàn)了故障，這個通訊故障很有可能是偶發(fā)的，但也不能排除通訊裝置故障，現(xiàn)場檢查下通訊裝置是否有問題就可以確定了.

隨著4號機保護動作，跳機信號“GBX_TRIP”觸發(fā)“GBX_SPO”產(chǎn)生，4號機就走了3S流程.那么，當時 4號機在拖動機狀態(tài)下，低頻保護(81－A)在拖動機條件下應(yīng)該是被閉鎖的，那它動作是否為保護誤動?

圖7 機組保護閉鎖回路圖

圖8 機組保護回路圖

再看下面圖7～圖10，當機組在拖動機狀態(tài)下，圖7中繼電器K0002動作閉鎖保護81G－A和46G－A，結(jié)合圖8、圖9中電纜GA02－X0020的兩個端子232，233可以看出導(dǎo)通繼電器K0002需要導(dǎo)通繼電器K8003，結(jié)合圖9、圖10不難看出導(dǎo)通繼電器K8003需要導(dǎo)通圖10中的繼電器K0030，而導(dǎo)通K0030這個繼電器的是拖動機啟動信號“l(fā)auncher start”，這個信號來自機組現(xiàn)地控制系統(tǒng).

也就是說，只要4號機判斷自己已經(jīng)在拖動機啟動狀態(tài)，81G－A和46G－A兩個保護就會閉鎖，反之，4號機不能判斷自己在拖動機啟動狀態(tài)，這兩個保護就不能被閉鎖，只要能確定機組是否能判斷自己在拖動機啟動狀態(tài)，就可以確定81G－A和46G－A這兩個保護是誤動還是正確動作.

邏輯圖11和邏輯圖12是拖動機啟動“LBX_LER_ST”的定義:被拖動機啟動，走S4B(BTB啟動抽水調(diào)相)流程，向拖動機發(fā)啟動令，拖動機收到這個令后同時判斷拖動條件是否滿足，若滿足，則開始拖動，拖動機啟動.

從這兩張圖中可以看出，如果被拖動機不在S4B流程，拖動機的“LBX_LER_ST”信號就沒了，此時，拖動機不能判斷自己在拖動機啟動狀態(tài)，閉鎖81G－A和46G－A保護的繼電器K0002復(fù)歸，保護就被解鎖了.當時2號機(被拖動機)轉(zhuǎn)停機后，走了停機流程，自然就不在S4B流程了，所以這個時候4號機(拖動機)不管在什么狀態(tài)都會解鎖保護81G－A和46G－A，保護是正確動作了.

圖9 機組跳閘回路圖

桐柏電廠的機組保護整定單中，機組在作為拖動機被閉鎖的保護在30%轉(zhuǎn)速下基本上也都是會被閉鎖的，如果4號機狀態(tài)丟失時轉(zhuǎn)速還在30%以下，這些保護被有效閉鎖了，保護沒有動作，此時4號機會是什么狀態(tài)?

由于4號機有“GBX_LCU_MEM_LOS”信號在，走其他流程的預(yù)條件必然不滿足，只可能保持原狀態(tài)，或者走3S停機流程.如果要走3S流程必須要有一個停機令“GBX_SPO”，結(jié)合圖4中，產(chǎn)生停機令的條件除了被拖動機來的停機令，跳機信號外，只有流程超時“GBX_SEQ_OT”，預(yù)條件丟失“GBX_SEQ_PC”和SP流程的停機令“GBX_SPO_SP”.流程超時“GBX_SEQ_OT”和預(yù)條件丟失“GBX_SEQ_PC”兩個信號產(chǎn)生的條件為機組任何一個步序的流程超時或者預(yù)條件丟失，4號機在“GBX_LCU_MEM_LOS”狀態(tài)下根本無法判斷自己在哪個步序，也就不太可能發(fā)出某個步序流程超時或者預(yù)條件丟失信號，同樣SP流程的停機令“GBX_SPO_SP”也不可能產(chǎn)生.所以4號機最后停留在原來的狀態(tài)可能性最大.

4號機保留在原狀態(tài)即拖動機狀態(tài)(此時機組無法判斷自己的狀態(tài))，2號機已經(jīng)轉(zhuǎn)停機，在這種情況下會發(fā)生什么后果呢?

由于機組拖動閘刀和被拖動閘刀分閘的前提條件必須為拖動機機組開關(guān)先分開，如果4號機機組開關(guān)未分，2、4號機BTB拖動的電氣連接就分不了，此時2號機卻開始停機滅磁了［3］.桐柏電廠的機組停機時采用勵磁系統(tǒng)逆變滅磁方式，滅磁完成后跳開滅磁開關(guān)的同時接入非線性滅磁電阻吸收殘余能量［4］.在滅磁過程中，滅磁作用在短暫的幾秒鐘時間中已經(jīng)完成，而且滅磁電源是一個衰減的電壓源，所以滅磁電阻吸收能量很小.如果2、4號機BTB拖動的電氣連接分不了，4號機仍舊在拖動狀態(tài)運行，2號轉(zhuǎn)子中將產(chǎn)生相當高的感應(yīng)電壓，2號機滅磁開關(guān)分開后，其感應(yīng)電壓全部加在了滅磁電阻上，這是個很大的電壓源，而且不會衰減.

桐柏電廠機組滅磁電阻采用M＆I Materials公司Metrosil SiC非線性電阻，其最大連續(xù)運行溫度為115℃ ;最大間隔運行溫度為: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SiC電阻溫度上升時阻值會減少，也就是說在恒定電壓負載下其電流隨溫度上升而增加.可見在轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓不能衰減的前提下，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)，最后必然造成滅磁電阻燒毀［5］.

3 結(jié)論

(1)BTB過程中如果發(fā)生拖動機發(fā)“LCU不在穩(wěn)態(tài)或轉(zhuǎn)換過程中”并且超過10S還沒有走3S停機流程，建議立即下停機令，可以避免保護動作跳機，也可以防止被拖動機滅磁電阻燒毀的情況發(fā)生.

(2)更改邏輯圖(5)中3S觸發(fā)邏輯:取消對停機令“GBX_SPO”的要求，“GBX_LCU_MEM_LOS”信號加10S延時后直接觸發(fā)3S流程，不需要判斷是否有“GBX_SPO”.這樣，機組狀態(tài)丟失后直接就停機了，也同樣防止了跳機和滅磁電阻燒毀的情況.

［1］梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［2］駱 林，馬志云.抽水蓄能電動發(fā)電機組背靠背起動過程仿真研究［J］.大電機技術(shù)，2005(6):11－15.

［3］高金玲.抽水蓄能電站背靠背起動問題的研究［J］.大電機技術(shù)，1998(4):22－25.

［4］葉和龍.基于能量函數(shù)的非線性勵磁控制器的設(shè)計與仿真［D］.廈門:廈門大學(xué)，2008.

［5］劉 云，段彩麗.大型發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(S2):299－303.