一起电压波动引发汽轮机跳闸事件的分析

党建华，甄世宏，张 军

(大唐八○三发电厂，甘肃 兰州 732850)

一起电压波动引发汽轮机跳闸事件的分析

党建华，甄世宏，张 军

(大唐八○三发电厂，甘肃 兰州 732850)

针对某发电厂35 kV系统电压波动引发3号汽轮机跳闸的事件，分析了跳闸原因，提出了汽轮机超速保护动作跳机的2种可能性，通过试验予以验证，最终确定了事件原因，并采取了针对性的防控措施，对同类电厂有借鉴意义。

汽轮机；热机保护；电压波动；跳闸

0 引言

某发电厂在机组正常运行期间，发生了35 kV系统Ⅰ母某开关A相CT开关侧绝缘击穿，造成35 kV系统A相接地发展为相间短路的故障，引起35 kV系统Ⅰ母母差保护动作(跳开母联开关及Ⅰ母上所有元件)，35 kV系统Ⅰ母失压;同时在短路发生过程中，3号机热机保护UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)系统因输入电源波动，引发3号汽轮机跳闸，联跳3号机一变三侧开关及灭磁开关，导致35 kV系统Ⅱ母失压。

1 事件经过

事件发生前，该厂110 kV系统双母线运行，其中1号机一变110 kV侧接Ⅰ母、3号机一变110 kV侧接Ⅱ母运行；35 kV系统双母线运行，其中1号机一变35 kV侧接Ⅰ母、3号机一变35 kV侧接Ⅱ母运行。1号机带厂用6 kVⅠ，Ⅲ，Ⅳ段，3号机带6 kVⅡ段；0号厂高变35 kV侧接Ⅱ母运行，带6 kVⅤ段运行并作全厂备用电源，110 kV侧备用。

在事件发生时，35 kV系统电压波动，引起1号发电机出口的6 kVⅠ段、3号发电机出口的6 kVⅡ段电压波动。继而引起由6 kVⅠ段供电的1号厂用变所带的380 V母线Ⅰ段电压波动；由6 kVⅡ段供电的3号厂用变所带的380 V母线Ⅲ段电压波动(因1号备用厂变联动成功，380 VⅢ段母线虽未失压，但在切换过程中引起了电压波动)。3号汽轮机热机保护系统UPS的380 V母线Ⅰ，Ⅲ段2路输入电源波动(降低)，引发3号汽轮机跳闸。

2 热机保护系统说明

3号汽轮机热机保护系统采用Modicon PLC程序控制装置，保护项目包括润滑油压低、真空低、超速、手动停机、主汽门关闭、轴向位移大、发电机主保护动作、油开关跳闸等。其中，超速保护信号取自BN3300 TSI系统的转速卡“三取二”超速报警输出。

3号汽轮机热机保护系统电源采用UPS供电，UPS输入电源为380 V母线Ⅰ，Ⅲ段2路互备电源，同时采用蓄电池组作为备用电源。UPS所带负载包括热机保护PLC、高加保护PLC、BN3300 TSI装置等。

3 汽轮机跳闸现象及其原因分析

3号汽轮机跳闸后，经现场检查，发现3号机热机保护PLC和高加保护PLC处于停运状态(热机保护和高加保护采用的Modicon PLC在上电后需使用手操器重新启动)，热机保护PLC输入通道2(真空低)、7(油开关跳闸)、8(电气主保护动作)、12(真空低)、13(真空低)指示灯亮；3号机TSI系统转速卡显示“TDER”报警。

3.1 转速卡报警

BN3300 TSI装置的3块转速卡件均发出“TDER”报警，转速探头失去测量电源。卡件在检测到反馈通道没有反馈电压后，发出“TDER”报警。由此现象可知：BN3300 TSI装置曾发生过失电现象。同时，根据3号机热机保护PLC和高加保护PLC处于停运状态的现象可知：3号汽轮机热机保护系统曾发生过失电现象。

3.2 热机保护系统失电

热机保护系统电源采用UPS供电，UPS存在以下4种供电方式：

(1) UPS输入的380 V母线Ⅰ，Ⅲ段2路同时并联供电；

(2) 当380 V母线Ⅰ段故障时，则由380 V母线Ⅲ段供电；

(3) 当380 V母线Ⅲ段故障时，则由380 V母线Ⅰ段供电；

(4) 当380 V母线Ⅰ，Ⅲ段2路同时失电时，则由蓄电池组供电。

3号汽轮机跳闸前系统电压波动，影响到380 V母线Ⅰ，Ⅲ段2路电源均无法正常供电，此时应由蓄电池组供电。但由于蓄电池组已老化失效，因此在外接电源异常时，未能及时切换至蓄电池组为UPS所带负载稳定供电，造成热机保护系统和TSI装置失电。系统电压稳定后，UPS重新恢复供电，各装置也相应恢复电源。

3.3 汽轮机跳闸

热机保护系统失电后，热机保护PLC失电停止工作，BN3300 TSI装置失电停止工作。分析此现象，引起汽轮机跳闸的原因可能有以下2种。

(1) 超速保护动作跳机。TSI装置的转速卡件所输出的超速保护信号为其内部超速继电器的常闭接点。当TSI装置电源电压受380 V母线Ⅰ，Ⅲ段电源电压波动影响而降低至超速继电器有效工作电压范围以下时，继电器失电，常闭接点接通，超速保护信号发出。此时若热机保护PLC仍在有效工作电压范围内，则会触发热机保护动作跳机。

(2) 系统电压波动时，热机保护PLC工作电源电压不稳，造成PLC内部逻辑重置，输出通道置1，热机保护动作停机。

4 汽轮机跳闸原因试验验证

通过降压试验，模拟系统电压波动对热机保护PLC和TSI装置的影响，检查热机保护动作情况，从而验证系统电压波动引发3号汽轮机跳闸的原因。具体的试验过程及结果如下。

(1) 在不接入蓄电池组的情况下，采用调压器改变UPS输入电压。当输入电压低至106 V时，UPS停止工作，UPS所带负载均失电；电压回升至170 V时，UPS恢复工作，所带负载均恢复供电。试验过程中，UPS所带的热机保护PLC和TSI装置同时失电、同时恢复供电，期间未发生热机保护动作，热机保护PLC无输出置1的现象，可以排除热机保护PLC引起跳机的可能性。

(2) 采用调压器单独改变TSI装置的输入电压，当输入电压低至144 V时，TSI装置超速卡件输出“三取二”超速报警信号至热机保护PLC；采用调压器单独改变热机保护PLC输入电压，当输入电压低至93 V时，热机保护PLC失电。通过试验可见BN3300 TSI装置的最低工作电压在热机保护PLC最低工作电压之上。

通过试验现象并经进一步检查分析，可知由于热机保护系统UPS的电源蓄电池组老化及其控制回路故障，在UPS输入电源电压波动时，UPS处于旁路工作状态，其内部稳压回路和蓄电池组供电回路均未正常工作，导致UPS所带的热机保护PLC，TSI装置等负载均直接由380 V母线Ⅰ，Ⅲ段供电，UPS失去作用。当系统电源波动时，380 V母线Ⅰ，Ⅲ段电压降低，使TSI装置先于热机保护PLC失电，触发超速保护动作停机。

5 结束语

通过对3号汽轮机跳闸现象及原因的分析和试验验证，明确了热机保护系统UPS电源蓄电池组老化、控制回路故障是造成系统电压波动引发3号汽轮机跳闸的内在原因，35 kV系统设备故障是汽轮机跳闸的外部原因。针对以上原因，需加强以下几点工作：

(1) 在机组运行期间，热控及运行人员应检查UPS系统、UPS状态指示灯的运行状态，确认它们均处于正常状态，若发现问题需及时处理；

(2) 机组停运后，热控人员应检查UPS及蓄电池组并进行相关试验， UPS电池供电备用时间不应小于说明书规定备用时间（一般应保证连续供电30 min）；

(3) 针对CT绝缘击穿的事故诱因，电气检修人员应在设备巡视中加强对CT等设备的外观检查和红外成像测温；按规定做好绝缘监督工作，掌控设备劣化规律，防止CT等设备在运行中发生故障。

1 孙立明，孙卫东．汽轮机跳闸的原因分析及改造措施[J].电力安全技术，2013，15(4):43-44.

2 电力行业热工自动化标准化技术委员会．DL/T 774—2004火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S]．北京：中国电力出版社，2004.

“本质安全”主题征文启事

为了进一步学习、落实习近平总书记和李克强总理关于安全生产工作的重要指示批示精神，深入贯彻全国安全生产电视电话会议、全国安全生产工作会议以及全国电力安全生产电视电话会议精神，国网、南网、各发电集团等电力企业年初均召开安全生产工作会议，强调本年度要强化和推进本质安全建设，以实现电力企业的长治久安。为配合和支持“本质安全”建设活动，为活动营造良好氛围，促进提升对本质安全的认识和重视程度，推进本质安全建设工作的落实，总结本质安全建设的理论研究成果和实践经验，本刊决定开展“本质安全”主题征文活动。

一、征文范围

(1) 本质安全建设相关的理论研究成果；(2) 开展本质安全企业建设的实践经验；(3) 开展本质安全评价的方法研究及应用；(4) 智能变电站的管理和运维工作；(5) 改扩建电力工程反事故措施的落实；(6) 设备的规范化检修和全生命周期管理策略研究；(7) 电网防灾和应急处置；(8) 供电可靠性管理。

二、征文截止时间

2017年10月20日。

三、征文要求

(1) 来稿请注明“征文”字样，并留下有效联系电话；

(2) 来稿一律不退，请作者自留底稿；

(3) 本刊有权对来稿进行文字加工及必要的删改；为尊重版权、维护本刊权威性，请勿一稿多投；

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四、征文奖励

经审稿专家评审后，择优录用发表。录用稿件将组织专家评出一、二、三等奖若干名，本刊将颁发获奖证书和奖金。

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《电力安全技术》编辑部

2016-11-23。

党建华(1985—)，男，助理工程师，主要从事电厂热控等工作，email：yuhun163@126.com。

甄世宏(1966—)，男，高级工程师，主要从事电厂继电保护工作。

张 军(1971—)，男，技师，主要从事电厂热控等工作。