山美水电站机组甩负荷事件分析

黄菊珠

（福建省泉州市山美水库管理处，福建 泉州 362000）

1 概述

山美水电站位于福建省南安市晋江东溪中游，水库总库容6.55 亿m3，装有2 台16.5 MW 及1 台30 MW 水轮发电机组，机端电压10.5 kV。3 台机组分别与3 台主变压器组成单元接线方式，经主变压器升压后，通过电力电缆与开关设备相连接向电网送电，电站主要采用单母线分段接线方式，其电气主接线如图1所示。2014年6月22日因110千伏山井线A相瞬时接地，零序保护Ⅱ段动作，山井线164开关跳闸，开关跳闸后山美水电站3 台机组机端频率上升到52 Hz以上，3台机组高频保护动作引发机组甩负荷，造成#1、#2机过速停机，#3机转到空载。

图1 山美水电站主接线示意图

2 故障前系统运行方式

故障发生前，山美电站#1、#2、#3机均在运行状态且分别带负荷16.5 MW、16.5 MW、30 MW，#1、#2、#3主变在运行状态；110 kVⅠ、Ⅱ段母联160开关合闸状态，110 kV 山井线、山春线在运行状态，110 kV山泉线166开关在热备用状态；35 kVⅠ、Ⅱ段母联300 开关分闸，#1 主变35 kV 侧负荷10.4 MW，#2主变35 kV侧负荷13.3 MW。

3 故障时保护装置及现场开关的动作情况

3.1 故障经过

2014年6月22日08：30：39，110 kV山井线164开关跳闸；随后#1、#2 机开关、MK 跳闸，关闭主阀，停机；#3 机开关跳闸、机组空载位置；08：34 因110 kV永春线对方侧开关跳闸，至此35 kV馈线及厂用电消失。

3.2 故障时保护动作情况

（1）8：30 时110 kV 山井线A 相瞬时接地零序保护Ⅱ段动作跳开164 开关（对方零序Ⅳ段也动作开关跳闸，对方开关无压重合闸成功）。

（2）#1 机高频Ⅰ、Ⅱ段保护动作（机端电压频率54.14 Hz、机端AB 线电压106.93 V），601 开关跳闸引起机组甩负荷，机组转速迅速上升造成电气过速155%保护动作紧急停机，灭磁开关跳闸，主阀关闭机组停机。

（3）#2 机高频Ⅰ、Ⅱ段保护动作（机端电压频率54.13 Hz、机端AB 线电压106.40 V），602 开关跳闸引起机组甩负荷，机组转速迅速上升造成电气过速115%且主配拒动引起水机事故保护动作紧急停机，灭磁开关跳闸，主阀关闭机组停机。

（4）#3 机高频Ⅰ、Ⅱ段保护动作（机端电压频率54.14 Hz、机端AB 线电压104.22 V），603 开关跳闸，机组转到空载位置（灭磁开关没有跳闸）。

（5）山井线164开关跳闸及山美#1、#2、#3机甩负荷后，山美厂用电及35 kV 馈线由110 kV 山春线倒送供电，08：34由于110 kV永春线对侧开关跳闸，至此35 kV馈线用电及厂用电消失。

4 故障原因分析

（1）引发本次故障高频动作的原因。110 kV山井线164 开关未跳闸前永春侧倒送负荷约36 MW，山美3 台机组带负荷63 MW，扣除山美电站35 kV馈线负荷约25 MW，永春侧及山美电站共向系统输出负荷近75 MW，当山井线故障164开关跳闸后，近75 MW 的负荷叠加在永春及山美电站形成的小系统上，造成母线频率急剧升高，引发机组继电保护高频保护动作。

（2）正常情况下机组甩负荷后，会引起机组转速和机端电压升高，但在调速器和励磁系统作用下，应最终维持机组在空载状态稳定运行。

本次故障中按照保护定值设定[高频一段动作（频率52 Hz 时间0.5 s）、高频二段保护动作后跳发电机开关、跳灭磁开关]#1、#2机甩负荷后应在空转状态不会停机。通过查找机组的监控报告发现，#1机在高频切机后机组转速上升到155%引起水轮机事故保护动作紧急停机，而#2 机在高频切机后机组转速上升时电气过速115%且主配拒动引起水轮机事故保护动作紧急停机；说明此次保护动作是正确的。

（3）#3 机按照保护定值设定应在高频切机后跳发电机开关、跳灭磁开关，但603 开关跳闸，灭磁开关没有跳闸。经查，原因是继保人员在整定高频保护时没有将灭磁开关跳闸回路接入。

（4）当110 kVⅡ段母线频率降低引发电力线路低频保护动作，造成110 kV 永春线对侧开关跳闸后，35 kV馈线用电及厂用电消失就成为必然。

（5）3台机组甩负荷后只有#1机电气转速上升到155%，而机组转速升高的程度与机组当时导叶开度的大小与关闭速率有关。经查看机组监控报告，#1 机在导叶关闭过程中分段关闭装置在开度53%时投入动作造成导叶到全关时间达32 s，而#2机分段关闭装置没有动作导叶到全关时间只有11 s、#3 机没有安装此套装置，说明过速是由此引起。但是在以前的甩负荷试验没有造成过速，所以还应进一步查明原因。

5 故障暴露的问题

（1）此次3 台机满负荷运行时，永春侧倒送负荷约36 MW，山美3 台机负荷63 MW，近区负荷约25 MW，永春及山美向系统输出近75 MW 负荷，当山井线故障跳闸时，导致永春及山美机组甩负荷，各机组母线频率升高，各机组继电保护高频保护动作，使得发电厂出力严重缺失，永春及山美电站形成的小系统功率失去平衡，小系统频率下降，造成电力线路低频保护动作，小系统崩溃。

（2）山美3台机高频保护整定值相同，造成3台机高频保护几乎同时动作。

（3）装设在调速器接力器上的导叶两段关闭装置#1机有动作、#2机没有动作、#3机没有装设此套装置。

（4）机组过速保护动作不正确。

（5）继电保护整定值与实际设置不相符。

6 整改措施

（1）经调度部门同意在保护定值未调整前将3台机组的高频保护退出运行。

（2）与调度部门进行协调沟通将山美电站的3台机组高频保护进行调整（现3 台机组的高频保护均整定为频率52 Hz、时间0.5 s），3台机组的高频保护在时限、定值应进行排序相互错开，根据不同频率不同时段保护动作，防止高频保护动作3 台机组同时甩负荷影响系统及电站的安全运行。

（3）对#1、#2 机进行一次反事故演练，两台机满负荷时同时甩负荷试验，通过调速器试验分析#1机转速上升到155%的具体原因。查明#2机导叶分段关闭装置不能投入动作的原因，必要时予以更换；在对#3 机技术改造时应加装导叶分段关闭装置，防止机组甩负荷后导叶快速关闭产生过大的水锤压力，造成对压力钢管的破坏，影响电站的安全运行。

（4）改变机组的运行方式：如果3 台机组同时发电运行，应合上山泉线166 开关、断开Ⅰ、Ⅱ段母联160开关，#1、#2机组通过山井线164开关及山春线165 开关和系统联网送电，#3 机通过山泉线166开关和系统联网送电。此运行方式可以防止当线路故障时不会造成电站3 台机组同时停机，保证系统和电站的安全运行。

（5）必须加强设备巡回检查，及时发现设备异常，尤其对有异常的保护装置，必须及时采取措施，严禁投入系统。

7 结语

山美水电站在泉州电网中不仅担负着调峰调频的作用，而且还是电网的事故备用电源，对泉州电网的安全起着重要作用。在本次甩负荷故障发生后运行人员沉着应对并在调度人员的指挥下很快就将机组重新投入运行，虽然没有造成严重后果，但作为技术管理部门应根据实际情况及时改变运行方式，加强继电保护定值的审核，有异常的保护装置不投入运行，确保电站及电力系统的安全稳定运行。