一起油田电网故障处理时同期并网事故的分析

2021-02-26 12:49
电气技术 2021年2期
关键词:录波调度员合闸

蒲 军

一起油田电网故障处理时同期并网事故的分析

蒲 军

(中石化西北油田分公司,新疆 巴音郭楞蒙古自治州 841600)

塔河油田电网因一条输电线路故障跳闸变成孤网,通过另一条输电线路进行同期并网操作时,发生了非同期并网,导致事故扩大化,造成油田大面积停电。表面上看,同期装置故障是事故原因,但通过事故调查发现,调度员的错误调度命令是主要原因。本文将详细介绍事故发生经过和开展的事故调查,提出相关建议和技术改造,对其他具有相同情况的电网具有参考意义。

同期装置;频率差;相位差

0 引言

电网并网需满足同期三要素:电压相等,频率相同和相位一致[1]。非同期并网对电网存在很大的危害,特别当电压相位差180°时,冲击电流最大[2]。发生非同期并网后,应查看故障录波,检查同期装置的整定值和同期试验[3]。防止发生非同期事故的措施有同期技术改造、同期定值优化、提高调度员的事故处理能力和完善应急预案等[4]。

位于新疆塔克拉玛干沙漠北部边缘的塔河油田电网,担负着三区五县约2.6万余km2的油气生产和生活用电。在油田电网运行中,发生了一次电网故障处理时同期并网事故。

1 事故电网运行方式

油田电网的供电电源有巴州电网、阿克苏电网和两个自备发电厂。

事故前,电网分网运行,具体情况为阿克苏电网、发电一厂和发电二厂带油田主体电网,巴州电网带采油一区10kV配电网,并网开关为发电一厂的110kV母联1150开关。如图1所示。

图1 塔河油田电网主构架图

2 事故发生经过

9月23日01:18,油田主体电网110kV布四联线接地保护跳闸,油田主体电网与阿克苏电网解网,成为孤网,由自备发电厂带负荷。为提高电网运行可靠性,电力调度员决定将油田主体电网并入巴州电网。

调度员未分析两边电网的并网条件[1],给发电一厂的运行员下发了同期调度令。运行员在并网操作中,前两次同期合闸未成功,第三次同期操作时开关合闸成功。但合闸后,两个自备发电厂的所有发电机组相继保护跳机,并网开关也保护跳闸,发生油田主体电网失电事故。

3 事故调查经过和原因分析

事故发生后,电气技术组开展了以下调查工作并进行分析。

3.1 故障录波调阅

调阅故障录波,如图2所示。

从故障录波图可以得到1150母联开关闭合时间为9月23日01:32:32:536,即并网时间。将并网时两侧电网同期电压幅值、相位和频率整理成表,同时计算出差值填入表1中。

图2 电网相位差图

电压差为

表1 故障录波记录表

故障录波记录表的差值是同期动作值,与同期保护定值单表2比较可知:

表2 同期保护定值单表

1)电压相位差194.47°,大于定值18°;电压幅值差为89.11V,大于定值8V;电压频率差0.76Hz,小于定值0.8Hz;只有电压频率差满足同期条件。

2)同期装置只有在电压频率差、幅值差和相位差3项数值同时达到条件,同期装置才出口开关。而实际情况为,电压幅值差和相位差均未达到同期定值,同期装置却出口了开关,说明同期装置存在问题。

3)电网并网时间点的电压相位差194.47°,属于严重的非同期合闸,相当于系统发生了短路故障[2]。

3.2 非同期并网的危害性分析

非同期并网,由于两个电网的电压差很大,开关合闸时会产生很大的冲击电流,巨大的冲击电流对发电机、变压器和电力系统造成严重冲击。发电机组将发出强烈的振动,使发电机组绕组变形甚至烧毁。对整个电力系统来说,系统将会发生功率振荡,严重扰乱整个系统的正常安全运行,造成整个电网的崩溃[1]。

电网并网的冲击电流计算[1]如下

从上式可以看出,并网冲击电流大小同两边电网的电压差、相位差和系统短路阻抗有关系。此次并网由于相位差194.47°,电压差为9 020V,冲击电流很大。

3.3 同期装置校验

1)同期装置采样

用继保仪对同期装置进行电压数据采样,发现装置的同期电压频率采样值存在数据固化,始终为50.1Hz,说明同期装置存在死机。

重启装置后,电压采样值恢复正常。

2)校验同期定值

试验数据见表3。

表3 同期试验记录表

结果:同期保护动作正确。

3)同期装置误动作分析

(1)同期装置运行超10年,装置里面的电子器件老化,可靠性降低。

(2)运行员同期操作不符合规范是装置误动作的直接原因。同期装置工作原理为打同期把手的“同期”位后,装置开放40s寻找同期点,若达到同期条件则出口开关合闸,否则40s后报“同期失败”,才能开始下一次同期操作。

本次同期操作,由于调度员下达错误同期操作令,两边电网未达到同期条件,装置判同期失败是正确的。运行员不知情,频繁同期操作,且每次操作间隔小于40s,导致装置死机。

4 采取措施

4.1 对同期装置进行双冗余改造

同期装置为电子产品,必然存在可靠性问题,通过加装机械式同期继电器,实现双冗余判断,可避免其中一个同期装置损坏造成非同期并网事故。

双冗余同期需注意同期定值的整定和配合,特别是相位定值。如果相位定值设置偏小,并网成功率低。如果相位定值设置偏大,对电网的冲击大。

下面介绍一种相位定值配置方法:机械式同期继电器的相位差定值设为20°,用作防非同期闭锁;同期装置的相位差定值整定设为12°,作为同期 判断。

4.2 同期定值优化

原同期定值电压差8V,相位差18°,同期频率差0.8Hz,考虑开关60ms的动作特性,最大冲击电流计算为

最大冲击电流154.8A,超过发电一厂的3台12MW的发电机组承受能力,应该将定值调小。

根据电网抗冲击能力,整定定值为电压差4V,相位差12°,同期频率0.3Hz。整定后最大冲击电流计算为39A。

4.3 信息化改造

本次电网同期事故,电调员的错误调度令是其中一个原因,但电调室没有电网电压实时波形的监测设备也是一个原因。

电调室建立远程故障录波系统,可实现电网电压实时波形监测,再通过调节5台发电机组的励磁电流和阀门开度,可调节油田电网电压的幅值和 频率。

4.4 定期校验同期装置

为防止同期操作时同期装置故障,定期校验同期装置,如做假同期试验。

4.5 规范同期操作

操作人员在同期并网操作前,应检查同期装置和机械式同期继电器,必要时对同期装置重上电。同期操作严格遵守操作流程,两次操作必须间隔40s,等同期装置显示“同期判断失败”才可进行下一次操作。

4.6 提高调度员业务能力

提高调度员对事故情况下电网特殊运行的认识、分析和处理能力[4]。

4.7 完善应急预案的编制,并定期演练

完善独立网运行、频率异常、电压异常的应急预案,定期同期操作演练[4]。

5 结论

此次油田电网同期并网事故,调度员未分析两边电网是否具备并网条件,下达错误调度命令是主要原因。操作人员的同期操作不符合规范,导致装置死机后误动作是直接原因。

事故发生后,油田电管部门采取了同期装置双冗余改造、同期定值优化、信息化改造、定期校验同期装置、规范同期操作、提高调度员业务能力和完善同期操作预案并定期演练的措施。

[1] 钱振华. 发电机非同期并列概述及重要防范措施[J]. 电世界, 2011(8): 393-397.

[2] 胡航帆. 同期并网存在的问题及对策[J]. 黑龙江电力, 2011, 33(6): 475-477.

[3] 唐基高. 发电机非同期并网事故分析及改进措施[J]. 电工技术, 2011(10): 58-60.

[4] 廖威, 郭伟, 马早康. 一起由非同期合闸导致电网事故的案例浅析[J]. 广西电力, 2010, 33(5): 50-52.

Analysis of an accident of synchronization power grid connection happened in oil field’s power grid

PU Jun

(Sinopec Northwest Oilfield Company, Bayingolin Mongolian Autonomous Prefecture, Xinjiang 841600)

This paper analyzes an accident of synchronization grid connection which was happened in oil field’s power grid. Because of the tripping of one transmission line in the power grid, the power grid was becoming isolated. When the other transmission line was operated of synchronization grid connection, the accident of asynchronous connection was happened, the accident was expanded, it caused a large area power failure. On the surface, the reason of accident is synchronous device failure. When the investigation was conducted, the main reason was the wrong dispatching command of the dispatcher. This paper will introduce the process of the accident and the investigation in detailed, advance some proposals and take technical transformation. Other similar power grids can use this accident for reference.

synchronizing device; the difference of frequency; the difference of phase angle

2020-07-20

2020-08-05

蒲 军(1982—),男,四川省成都市人,本科,工程师,主要从事发变电运行维护、设计及检修工作。

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