谈大型火力发电厂全厂停电事故应对

陈双照

(浙江浙能乐清发电有限责任公司)

近年来,随着国民经济的不断发展,社会对电力需求趋于旺盛,同时为了减少对环境的污染,节省能源降低排放,大量的小型发电机组被更大更先进的发电机组所取代。发电厂机组容量越来越大,输电线路电压等级也越来越高,由于受到国家土地资源紧缺的制约,很多大型火力发电厂出线均布置为单塔双回式结构,而单塔双回式出线在抵御外界干扰、抗风险的能力上又被大大削弱了,尤其是东部沿海地区,海洋性气候特征明显,夏季台风频发,在此极端恶劣天气下,线路遭受雷击、杆塔塔基损坏,电网故障等概率大大增加。对于山区地带,干燥气候条件下,山林大火也是危及线路的又一大因素。同时,大容量发电机组通常不具备自身带厂用电能力,一旦机组跳闸,厂用电的供给均由外界倒送。因此,在两条线路跳闸后,全厂将处于厂用电全部中断的境地,而发电厂全厂停电是电力行业最为严重的恶性事故之一,极易引起电厂主设备的损坏,并造成恶劣的社会影响和巨大的经济损失。因此如何在厂用电完全中断的情况下,将各台机组主、辅设备安全、顺利的停运,引起各个发电企业高度重视,并对类似事故均制定出了相关的事故处置预案。

一、事故处理

下面以某沿海大型火力发电厂遭遇山林大火导致全厂停电事故为案例,分析研究全厂停电恶性事故中,如何正确应对,保证各台机组安全的停运,各主、辅助设备不受损伤,同时阐述事故恢复、倒送电过程中需特别注意的安全事项。

该厂两台600MW超临界机组、两台660MW超超临界机组,出线电压等级设置为500KV,系统接线方式为二分之三接线,单塔双回式,各发电机出口装设开关。单台发电机组接线方式如下图所示。

下面就出现全厂失电恶性事故时,现场可能发生的一些状况及如何迅速判断事故处理事故做详细分析。事故发生瞬间,同一集中控制室内两台或多台机组同时跳闸,检查跳闸首先可能为零功率切机动作,同时伴随控制室内正常照明失电,事故照明开启,进一步发现各台机组6KV母线均失电,迅速准确地判断事故原因通常是成功处理事故的关键。

1.保安电源

全厂失电后,能否安全停机关键在于各台机组事故保安电源是否能够顺利自启。保安电源是为避免全厂事故停电时造成机组失控、损坏设备、影响电厂长期不能恢复供电而设置的向事故保安负荷供电的电源。事故保安电源分直流、交流两种,交流事故保安电源选用能快速自启动的柴油发电机供给主机、小机的交流润滑油泵、盘车、顶轴油泵,在全厂停电时保证安全停运；同时供给炉侧空预器电机,保证锅炉熄火后空预器不会变形卡涩；供给全厂各区域事故照明。因此,事故发生后,第一时间应该检查柴油发电机是否自启且出口至保安段开关是否合闸,确保保安段电压恢复正常。若柴油发电机自启动未成功,应操作集控室中紧急启动按钮进行保安段电源切换,仍不能切换的可至就地手动钥匙启动柴发,然后手动切换。保安段电源切换成功后,对于保安段有分段开关的,应手动合上该分段开关,保证各保安段均有电压。

2.汽机润滑油系统

保安段恢复供电后,检查确认主机、小机润滑油泵,顶轴油泵运行,盘车自动投入,保证主机、小机油系统供应正常,防止发生汽轮机烧瓦事故。若保安段未能及时供电或交流油泵未能自启,应启动直流润滑油泵,同时尽快恢复交流油泵供电。若盘车不能投入,应考虑转子停运后,直轴处理。对于主机密封油系统,若机组采用双油环密封,且密封油泵电源取至保安段,则可在保安电源恢复后启动密封油泵,保证密封油不中断。若机组采用单油环密封且交流密封油泵电源不是来自保安段,则在交流油泵失电后,确认直流密封油泵自启动正常。考虑单台直流油泵运行可靠性较低,故应对该发电机进行紧急排氢,防止因单台直流油泵跳闸发生氢气外漏扩大事故。发电机排氢至发电机内微正压为易,这样可以在保证安全的基础上,避免在下次机组启动时对发电机进行气体置换,既节省费用又为机组启动争取时间。

3.轴封系统

全厂失电后,全厂辅汽母管失去汽源,机组轴封汽失去,为防止冷气进入汽缸,引起汽缸变形,大轴抱死,各台机组均需破坏真空紧急停机,破坏真空时应切断所有至凝汽器的有压疏水、关闭高低压旁路。真空破坏的及时与否,在一定程度上决定事故对汽轮机的伤害程度。

4.锅炉相关设备

保安段恢复供电后,锅炉侧重点应该检查空预器是否重新投入运行,火检冷却风机是否运行。检查空预器主马达和齿轮油泵应投入运行,若由于电源或电机的原因未能运行,则应就地手动盘动。若空预器停转,时间过长可能会引起内部卡涩,进而造成转子永久性变形,一旦变形将大大延误下次启炉时间；火检冷却风机运行是为了保证各火检探头得以冷却,因为锅炉主燃料跳闸(MFT)后炉内温度仍然较高,若不能保证冷却,极有可能在高温环境中损坏火检探头。另外在保安段容量有富裕的情况下,投入跳闸引风机、一次风机润滑油泵,监视其轴承温度正常。

对于锅炉吹灰系统,本体吹灰母管电动隔离门及气动调整门可能不会自动关闭,吹灰枪无法退到位,导致吹灰枪变形,也可能吹损,应由维护人员对正在投运的吹灰枪进行就地手动退出,再关闭吹灰母管气动调整门和电动隔离门。

脱硫吸收塔应在MFT后第一时间开启事故喷淋消防水,防止吸收塔超温。对有脱硝设施的机组,应及时关闭各氨区手动门,防止氨气外泄。

机炉侧各电动门电源,热控220V电源由于均带有双电源切换系统,故在保安段恢复供电后均能正常运作。

5.全厂仪用气

全厂停电后,所有空压机跳闸,仪用空气储气罐的汽源不能维持较长时间,当仪用气压力过低时,部分气动门在失电失气的状况下会自动开启,尤其牵涉到部分有压疏水气动门,如：高加事故疏水气动调整门、除氧器溢流气动调整门及除氧器底部放水气动门、凝汽器补水主、副气动调整门等,气动门打开会使凝汽器水位迅速上升,且不易排出,高温高压蒸汽进入凝汽器对已失去循环水的凝汽器影响极为恶劣,故应在仪用储气罐未完全失压前关闭上述疏、放水气动门前手动门或气动门强制手轮,防止凝汽器水位、温度过高,避免凝汽器满水后压力过高可能导致的主机低压缸防爆膜破裂。

二、注意事项

1.保安段负荷取舍

柴油发电机启动后,应派专人负责柴油发电机油箱油位正常,必要时及时添加。尽量减小保安段下属负荷,在保证主机交流油泵、密封油泵、盘车、各直流段充电器电源、空预器主(副)马达、火检冷却风机、引风机油泵、事故照明的前提下,其余负荷尽量停电。

交、直流润滑油泵无法启动时,在确定油泵无故障的情况下,可用热偶复归或定值调整的手段临时紧急启动。

若本机的保安段电源无法恢复,可将本机220V直流段充电电源切至邻机充电器供,保证直流油泵可靠运行。

2.闭冷水温度的控制

由于闭冷水系统、循环水系统中断,在主机、小机惰走过程中,润滑油温度均会快速上升,因此在惰走初期应对闭冷水箱补水,并对主机、小机冷油器放水,通过热水放出、冷水补入的方式降低闭冷水温度,从而降低油温。对闭冷水箱补水需要通过消防水系统补入,为保证消防水压力需启动柴油消防泵或采用消防车至就地补水。若闭冷水量不足或小机油温无法控制,可停运小机盘车,保持一台交流油泵运行。闭冷水中断后,启动系统带有炉水泵的机组,应关注炉水泵电机温度,若迅速上升且无法维持,应联系消防进行外壳喷水降温。

3.检修作业及时暂停

在全厂失电事故中,若有机组正处于检修状态,则可能会因为突然停电对高空作业人员产生一定影响,如运行设备突然停止引发的高空坠落或高空被困,在封闭区域内靠临时电源照明的检修人员也会因失去照明而处于黑暗环境。故在全厂失电后,应暂停一切检修工作,由相关人员负责清点人数,保证检修人员人身安全。另外,厂区内电梯、通信网络、通讯基站等也均会失电,尤其是通讯基站在备用电池电量耗尽时,通讯信号极差,影响手机通讯。

三、事故后的恢复工作

当全厂失电原因查明且故障消除后,应及时对厂用电进行恢复,将设备损伤程度降到最小,由于在失电瞬间部分电气设备可能会由于失电导致自动保护装置联锁动作,相关设备状态可能会发生变化,因此在电源恢复阶段应紧张有序,对牵连到的设备应仔细确认状态,避免送电时事故扩大。

1.500KV系统送电

首先对500KVGIS设备倒送电,确认所有500KV开关均已分闸,若在失电期间开关保护动作跳闸,则应查明保护动作情况,确认正常后复归相关保护信号。在500KV开关合闸前,应对GISMCC段送电,通常该段负荷会有来自某台机组的保安段作为该段母线的备用电源,只有GISMCC母线得电才能保证500KV开关油泵及电机能够正常工作,开关能够正常分合闸。倒送电前还应将各台机组6KV母线工作电源、备用电源开关分闸,拉开6KV母线下属所有负荷,确认所有500KV开关分闸后,线路对侧开关可进行送电操作。对侧充线路成功后,合闸本侧线路开关,恢复500KV母线运行。

2.主变及6KV母线恢复运行

500KV母线恢复运行后,并不能直接恢复各台机组主变运行,因为各台机组主变冷却器电源并未得到恢复(通常冷却器电源来至380V汽机PC段),若此时贸然恢复主变运行,即使主变空载运行,绕组温度能够维持,但也会因主变冷却器全停保护延时动作而出口跳闸。因此,在500KV母线恢复运行后,应先恢复高压备用变压器,进而通过6KV备用电源开关来恢复6KV母线运行。6KV母线带电后,优先恢复380V汽机变、锅炉变运行,得以尽早恢复主变冷却器电源及保安段正常工作电源。各台机组主变冷却器电源恢复后,将各台主变恢复运行,然后将6KV母线备用电源通过快切装置切至工作电源带。6KV母线恢复正常运行后,根据需要逐步恢复下属变压器及母线运行。

3.相关热力系统的恢复

在各段母线恢复完成以后,机组需做启动前准备工作,尽快恢复机组运行。首先应恢复各台机组闭冷水系统,投入空压机冷却水后恢复全厂仪用空气系统,保证各仪用储气罐压力正常,各气动门能够正常动作。值得注意的是,在恢复循环水系统运行时,需待凝汽器温度降至50℃以下,才能将循环水通入凝汽器,因循环水中断后,低压缸排汽温度会过高,凝汽器的拉筋、低压缸、钛管均会作横向膨胀,若此时通入循环水,钛管首先受到冷却,而低压缸、凝汽器的拉筋却得不到冷却,钛管收缩而拉筋不收缩,钛管承受的拉应力会将钛管的端部胀口拉松,造成凝汽器钛管泄漏。为了能够将排气温度快速降至50℃,可待凝汽器排汽温度自然降至80℃左右,通过启动变频凝泵,控制凝水母管较低,通过凝汽器水幕及后缸喷水,来控制凝汽器排汽温度降温率,也可用除盐水通过凝汽器补水喷雾装置,来控制凝汽器排汽温度降温率。

四、总结

理清事故的根源,把握事故中最易受到影响的系统、设备,及时有效地进行干预,是保证成功处理事故的关键。因此,面对突如其来的事故,迅速、准确地判断事故,形成对事故正确、快速的预判,加之精准、有效的操作,才能保证机组、设备在事故发生时,成功、有效地避免损伤,将事故损失降到最小。