桐柏电厂背靠背启动过程中异常现象的分析

陈小强，章 亮，何灵子，潘菊芳

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200)

1 前言

华东桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内，是一座日调节纯抽水蓄能电站，安装4台单机容量为300 MW的立轴混流可逆式单级水泵水轮机发电电动机组.电站总装机容量1200 MW，日发电量600万 kW·h，平均年发电量21.18亿kW·h，总抽水容量1344 MW，日抽水用电量797万 kW·h，平均年抽水用电量28.13亿kW·h，本工程电站建成后，以二回500 kV出线接入华东电网，在电网中承担调峰，填谷、调频、调相和事故备用等任务.

抽水蓄能机组在抽水前必须先达到抽水调相状态.启动抽水调相有两种方法，第一种是SFC(静止变频器)启动，第二种是BTB(背靠背)启动.正常情况下优先使用SFC启动方式，BTB方式作为备用.

图1为桐柏电厂主接线图中1号、2号机组部分截图，红色部分表示背靠背启动时2台机组的电气连接.拖动机(左)机组开关合闸，投入励磁，发电方向旋转，通过该机组拖动闸刀和被拖动机(右)的被拖动闸刀，带动被拖动机抽水方向旋转，直至被拖动机并网到达抽水调相状态.然后拖动机自动停机，开关分闸，拖动闸刀和被拖动机(右)的被拖动闸刀分闸，2 台机组的电气连接断开［1－2］.

2 事故现象及分析

4号机拖动2号机启动过程中，4号机发“LCU不在稳态或转换过程中(GBX_LCU_MEM_LOS)”，“2号机背靠背启动原动机准备好“否”信号，2号机转停机，但是4号机并没有出现相应的转停机信号，而是4号机本应在拖动机状态下被闭锁的低频保护(81G-A)和负序过流保护(46G-A)动作转停机.

分析这个问题，我们需要查看整个机组BTB启动的控制逻辑图:图2～图8以及机组的二次回路图:图9～图12.为方便分析，本文只截取逻辑图中的相关部分.

由图2可知，被拖动机收到停机令后停机的同时会给拖动机发一个停机令“OBN_LER_SPO_UA/UB/UC”，这个停机令通过输入输出回路传送到拖动机就为图3中的“IBA/IBB/IBC_LER_SPO”(来自被拖动机的停机令)，这个令并列“GBX_LERO”(拖动令)后输出“GBX_LER_SPO”(拖动机停机令).

图4 BTB机组停机逻辑图

在图4中“GBX_LER_SPO”再并列“GBX_LERO”后触发拖动机停机令”GBX_SPO”，使拖动机转停机.所以在正常情况下，当时2号机(被拖动机)停机后4号机(拖动机)应该收到一个停机令”GBX_SPO”.

图5 机组3S流程逻辑图

由逻辑图5可以看出，机组LCU不在稳态或转换过程中“GBX_LCU_MEM_LOS”信号延迟10秒并列一个本机组停机令”GBX_SPO”作用于机组走3S停机流程.所以在正常情况下4号机同时收到“GBX_LCU_MEM_LOS”和“GBX_SPO”两个信号后应该走3S停机流程.

但是事实上，4号机并没有出现相应的转停机信号，没有立即走3S流程，而是等A组低频保护(81－A)动作跳机后才走了3S停机流程.由逻辑图4可以看出，保护动作产生的跳机令“GBX_TRIP”也是可以触发停机令“GBX_SPO”，显然是保护动作产生的停机令“GBX_SPO”与“GBX_LCU_MEM_LOS”作用使机组走了3S流程.

综上所述，4号机在保护动作前应该是没有收到“GBX_SPO”信号，这才是4号机在2号机停机后没有立即走3S停机流程的问题所在.

从逻辑图4可知，来自被拖动机的停机令“GBX_LER SPO”和拖动机的拖动令“GBX_LERO”两个条件同时满足后才触发拖动机的停机令“GBX_SPO”.4号机没有收到“GBX_SPO”信号，原因不外乎这两个前提条件中有一个没有满足.

是否是因为拖动机4号机不在稳态或者转换过程中，导致4号机的“GBX_LERO”信号丢失使得该机组没有产生停机令“GBX_SPO”?

图6 BTB拖动机拖动逻辑图

查看逻辑图6可知，“GBX_LERO”复归的条件正好是“GBX_SPO”，4号机在状态丢失前已经在拖动机状态运行了，所以肯定收到了拖动令“GBX_LERO”令，没有“GBX_SPO”令，“GBX_LERO”令不会复归，所以当时4号机的“GBX_LERO”应该存在，最终可以肯定问题出在 4号机没有收到“GBX_LER SPO”信号.

结合逻辑图2、图3不难看出只有一种可能，那就是2号机(被拖动机)传送给4号机(拖动机)的停机令“OBN_LER_SPO_UA/UB/UC”通过输入输出回路转化为4号机(拖动机)的“IBA/IBB/IBC_LER_SPO”信号出现了问题.这应该是2号机与4号机之间的通讯出现了故障，这个通讯故障很有可能是偶发的，但也不能排除通讯装置故障，现场检查下通讯装置是否有问题就可以确定了.

随着4号机保护动作，跳机信号“GBX_TRIP”触发“GBX_SPO”产生，4号机就走了3S流程.那么，当时 4号机在拖动机状态下，低频保护(81－A)在拖动机条件下应该是被闭锁的，那它动作是否为保护误动?

图7 机组保护闭锁回路图

图8 机组保护回路图

再看下面图7～图10，当机组在拖动机状态下，图7中继电器K0002动作闭锁保护81G－A和46G－A，结合图8、图9中电缆GA02－X0020的两个端子232，233可以看出导通继电器K0002需要导通继电器K8003，结合图9、图10不难看出导通继电器K8003需要导通图10中的继电器K0030，而导通K0030这个继电器的是拖动机启动信号“launcher start”，这个信号来自机组现地控制系统.

也就是说，只要4号机判断自己已经在拖动机启动状态，81G－A和46G－A两个保护就会闭锁，反之，4号机不能判断自己在拖动机启动状态，这两个保护就不能被闭锁，只要能确定机组是否能判断自己在拖动机启动状态，就可以确定81G－A和46G－A这两个保护是误动还是正确动作.

逻辑图11和逻辑图12是拖动机启动“LBX_LER_ST”的定义:被拖动机启动，走S4B(BTB启动抽水调相)流程，向拖动机发启动令，拖动机收到这个令后同时判断拖动条件是否满足，若满足，则开始拖动，拖动机启动.

从这两张图中可以看出，如果被拖动机不在S4B流程，拖动机的“LBX_LER_ST”信号就没了，此时，拖动机不能判断自己在拖动机启动状态，闭锁81G－A和46G－A保护的继电器K0002复归，保护就被解锁了.当时2号机(被拖动机)转停机后，走了停机流程，自然就不在S4B流程了，所以这个时候4号机(拖动机)不管在什么状态都会解锁保护81G－A和46G－A，保护是正确动作了.

图9 机组跳闸回路图

桐柏电厂的机组保护整定单中，机组在作为拖动机被闭锁的保护在30%转速下基本上也都是会被闭锁的，如果4号机状态丢失时转速还在30%以下，这些保护被有效闭锁了，保护没有动作，此时4号机会是什么状态?

由于4号机有“GBX_LCU_MEM_LOS”信号在，走其他流程的预条件必然不满足，只可能保持原状态，或者走3S停机流程.如果要走3S流程必须要有一个停机令“GBX_SPO”，结合图4中，产生停机令的条件除了被拖动机来的停机令，跳机信号外，只有流程超时“GBX_SEQ_OT”，预条件丢失“GBX_SEQ_PC”和SP流程的停机令“GBX_SPO_SP”.流程超时“GBX_SEQ_OT”和预条件丢失“GBX_SEQ_PC”两个信号产生的条件为机组任何一个步序的流程超时或者预条件丢失，4号机在“GBX_LCU_MEM_LOS”状态下根本无法判断自己在哪个步序，也就不太可能发出某个步序流程超时或者预条件丢失信号，同样SP流程的停机令“GBX_SPO_SP”也不可能产生.所以4号机最后停留在原来的状态可能性最大.

4号机保留在原状态即拖动机状态(此时机组无法判断自己的状态)，2号机已经转停机，在这种情况下会发生什么后果呢?

由于机组拖动闸刀和被拖动闸刀分闸的前提条件必须为拖动机机组开关先分开，如果4号机机组开关未分，2、4号机BTB拖动的电气连接就分不了，此时2号机却开始停机灭磁了［3］.桐柏电厂的机组停机时采用励磁系统逆变灭磁方式，灭磁完成后跳开灭磁开关的同时接入非线性灭磁电阻吸收残余能量［4］.在灭磁过程中，灭磁作用在短暂的几秒钟时间中已经完成，而且灭磁电源是一个衰减的电压源，所以灭磁电阻吸收能量很小.如果2、4号机BTB拖动的电气连接分不了，4号机仍旧在拖动状态运行，2号转子中将产生相当高的感应电压，2号机灭磁开关分开后，其感应电压全部加在了灭磁电阻上，这是个很大的电压源，而且不会衰减.

桐柏电厂机组灭磁电阻采用M＆I Materials公司Metrosil SiC非线性电阻，其最大连续运行温度为115℃ ;最大间隔运行温度为:160℃.由于SiC非线性电阻的材质决定了SiC电阻的温度特性，其特征是当SiC电阻温度上升时阻值会减少，也就是说在恒定电压负载下其电流随温度上升而增加.可见在转子感应电压不能衰减的前提下，灭磁电阻温度越来越高，电阻值越来越小，灭磁电流越来越大，从而形成恶性循环，最后必然造成灭磁电阻烧毁［5］.

3 结论

(1)BTB过程中如果发生拖动机发“LCU不在稳态或转换过程中”并且超过10S还没有走3S停机流程，建议立即下停机令，可以避免保护动作跳机，也可以防止被拖动机灭磁电阻烧毁的情况发生.

(2)更改逻辑图(5)中3S触发逻辑:取消对停机令“GBX_SPO”的要求，“GBX_LCU_MEM_LOS”信号加10S延时后直接触发3S流程，不需要判断是否有“GBX_SPO”.这样，机组状态丢失后直接就停机了，也同样防止了跳机和灭磁电阻烧毁的情况.

［1］梅祖彦.抽水蓄能发电技术［M］.北京:机械工业出版社，2000.

［2］骆 林，马志云.抽水蓄能电动发电机组背靠背起动过程仿真研究［J］.大电机技术，2005(6):11－15.

［3］高金玲.抽水蓄能电站背靠背起动问题的研究［J］.大电机技术，1998(4):22－25.

［4］叶和龙.基于能量函数的非线性励磁控制器的设计与仿真［D］.厦门:厦门大学，2008.

［5］刘 云，段彩丽.大型发电机励磁调节系统研究［J］.电网技术，2006，30(S2):299－303.