发电机非同期并网事故分析及处理对策

赵胜利，颜红建

(湖南华菱涟源钢铁有限公司 能源中心，湖南 娄底 417009)

1 问题的提出

发电机并网条件有4个:发电机频率与系统频率相同;发电机出口电压与系统电压相同，其最大误差应在5%以内;发电机相序与系统相序相同;发电机电压相位与系统电压相位一致。如果不满足这些条件而使发电机和系统并网，可能造成发电机损坏的重大事故。下面对湖南华菱涟源钢铁有限公司(以下简称华菱涟钢)一起由于控制回路设计缺陷造成发电机非同期合闸损坏发电机的事故案例进行分析。

2 事故案例

2.1 发电机系统概况

事故机组建于2009年，是利用烧结余热进行发电的节能项目。发电机设置了真空式出口开关，开关操作机构为弹操结构，采用微机型保护及同期装置。

2.2 事故的发生

2012－07－04 T 03:19，烧结余热发电机在停机1 h后再次热机启机并网。运行人员按操作规程正常操作，在同步点时按“合闸”按钮后发现同步表指针继续按顺时针方向旋转，在转过约45°角时，听到“砰”的一声巨响，马上安排做紧急停机、停炉操作。

2.3 事故的检查

检查确认发电机定子A和B相对地短路，定子绕组烧坏。发电机差动保护动作跳闸，发电机保护装置报文(摘录报文):

2012－07－04 T 03:19:09.999 TWJ 1→0

2012－07－04 T 03:19:10.003 KKJ 0→1

2012－07－04 T 03:19:10.045 HWJ1 0→1

2012－07－04 T 03:19:10.072 HWJ1 1→0

2012－07－04 T 03:19:13.934 HWJ1 0→1

2012－07－04 T 03:19:13.936保护启动0→1

2012－07－04 T 03:19:14.065 HWJ1 1→0

2012－07－04 T 03:19:14.081 TWJ 0→1

同期装置报文(摘录报文):

2012－07－04 T 03:19:09.990同期装置合闸按钮开入SOE投入。

2012－07－04 T 03:19:10.163同期装置合闸按钮开入SOE退出。

二次设备及开关的检查:事故后详细对同期装置、整步表、同期继电器、二次回路等进行了检查，均正常;同期角度±14°(28°)，开关储能时间4 s左右(合闸时储能)，同期合闸脉冲维持时间173 ms，发电机开关设计有合闸自保持回路，但没有设计弹簧未储能闭锁(如图1所示);开关操作机构检查未发现问题，开关能正常合、分闸;跳闸线圈最低动作电压为100 V。

2.4 事故原因分析

针对从上述事故情况和发电机保护报文情况进行分析。

(1)操作人员进行发电机并网操作，在同期点时按发电机并网合闸按钮(03:19:09.990按下)发出同期合闸脉冲信号(03:19:10.163松开，合闸脉冲消失)，脉冲信号维持173 ms;在图1、图2中，合闸线圈HQ与合闸自保持线圈HBJ同时得电，发电机开关进行第1次合闸，从03:19:09.999 TWJ 1→0到03:19:10.045 HWJ1 0→1，有46 ms的合闸过程;但03:19:10.072 HWJ1 1→0开关又从合到分，跳闸时间27 ms。从 03:19:09.999 到 03:19:10.072 开关进行了第1次手动同期合闸到自动跳闸的转换。

(2)在开关第1次合闸的同时，储能操作机构同步重新储能(储能时间从03:19:10.045 HWJ1 0→1开始到 03:19:13.934 HWJ10→1结束，约3.889 s)。开关合闸变位27 ms后，立即自动断开，但合闸脉冲维持173 ms，由于合闸脉冲维持时间(173 ms)大于开关跳闸时间(27 ms)，合闸自保持线圈HBJ仍然进行自保持，合闸脉冲没有自动解除。在03:19:13.934 HWJ1 0→1储能结束时，开关第2次自动合闸;在03:19:14.065 HWJ1 1→0，发电机保护跳闸。从03:19:13.934 HWJ1 0→1开关合闸到03:19:14.065 HWJ1 1→0开关分闸，开关完成从自保持合闸到保护跳闸的第2次合、分闸过程，此时发电机电压相位与系统电压相位已发生偏离，形成非同期合闸，烧毁发电机定子。

综上所述，开关第1次合闸后又立即自动跳闸(分析可能是机械故障)是事故的诱因。但设计图中没有将“弹簧未储能闭锁接点”串入合闸控制回路，开关在第1次合闸动作后又跳闸，但合闸脉冲依然保持，待弹簧储好能后开关自动延时合闸，从而发生非同期并网事故。

2.5 处理对策

将发电机出口开关的弹簧未储能闭锁接点(S12)串入开关合闸回路，在弹簧能量释放时打开，合闸保持继电器(HBJ)断电，即可实现开关动作后自动解除合闸脉冲，即使开关出现故障合闸不成功，也不会出现非同期下的自动合闸，整改后断路器合闸回路如图2所示。

按图2整改后，对开关进行数次试验，在开关弹簧释能后，可使合闸保持断电，解除自保持，达到预期目的。

3 事故的反思

3.1 行业标准对断路器控制回路的规定

电力行业标准DL/T 5136—2001《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定》“二次回路设计的基本要求”中规定:“断路器的合闸或跳闸完成后应使命令脉冲自动解除。”

从该案例可看出如下问题:在微机保护设计中，测控装置有自保持继电器，但1个合闸程序完成，自保持回路只靠外接点断电，合闸命令脉冲不能在装置中自动消除，说明保护装置在设计、制造过程中存在不足;设计中没有充分考虑开关合闸不成功的情况，因而没有采取有效的闭锁措施，合闸命令脉冲不能自动解除。

因此，应正确理解和足够重视电力行业标准，采取有效的技术手段满足标准要求。

3.2 电力行业标准的应用

对于弹操机构的开关，在设计图中应将“弹簧未储能”接点串入开关合闸回路，这点必须作为设计标准或反事故措施固化下来。

对于保护测控、操作装置，继电保护厂家应研究合闸保持继电器的保持时间，不能只靠外接点来解除保持。作者认为，自保持继电器应能在保持一段时间后(稍大于开关的合跳闸时间之和约100 ms)自动断电，这样也能满足命令脉冲自动解除的规定。同时要注意自保持继电器接点(图2中HBJ)粘连问题，虽然粘连几率极小，但对于发电机并网及其他系统联络开关来说，如果自保持继电器接点(HBJ)粘连，则无需通过同期检测，开关可在任意点(含非同期点)自行合闸，这是极其危险的。为此，可考虑再将同期检测接点串入自保持回路，形成多重闭锁。

电力行业标准、规定、反事故措施是在实践中不断完善和发展的，许多条款只做了原则性规定，但有些方面并没有明确接点怎么接、二次回路怎么设计等问题。因此，应在理解和遵守规定的基础上灵活应用，推动行业标准更趋完善，使之更具可操作性。

4 结束语

综上所述，断路器合闸回路没有自动解除合闸脉冲的措施是设计中存在的缺陷。此类事故在系统中并不多见，但在少数发电机组中是存在的，一旦出现会导致发电机组损坏的严重后果。因此，本文介绍的防范措施和处理方法，对于避免发电机损坏事故有一定的参考价值，并具有良好的经济和社会效益。

［1］DL/T5136—2001，火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程［S］.