电站监控系统电源失电故障分析与对策

姚建中

（中国电建集团海外投资有限公司，北京 100048）

电站计算机监控系统具有数据自动采集、处理与存储，运行监视，控制操作和负荷调节，事件顺序记录，事故、故障报警及记录，自动发电控制（AGC），自动电压控制（AVC），统计报表，操作培训等功能。电站计算机监控系统是电站自动控制、监视和管理的核心，直接决定着电站的安全生产和高效运行。稳定可靠的供电电源是水电站计算机监控系统安全稳定运行的基本前提。

国外东南亚某径流式水电站装机3台40 MW灯泡贯流式水轮发电机组，总装机120 MW，采用一机一变单元接线方式，发电机出口电压11 kV，经主变压器升压至230 kV后接入当地电网，工程主要任务是发电。电站机组在正常运行过程中，受当地电网影响，发生了一起机组甩负荷停机，厂用电消失造成电站计算机监控上位机系统失电非正常停机黑屏故障。

1 事件发生概述

事件发生前：1号、2号机组各带有功30 MW、3号机组备用。1号主变、2号主变、3号主变运行。230 kV系统：230 kV母线运行，Ⅰ回出线运行态。厂用电系统：400 V厂用电Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母线分段运行。

事件发生过程：运行当日因电网230 kV系统异常波动，系统一次电压过高达300 kV，导致电站对侧变电站跳闸线路停电，1、2号机组发变组发电机保护装置报：失磁二段动作。开关站LCU 230 kV母线A、B套保护PT断线动作，2台机组甩负荷停机，全厂厂用电消失，计算机监控上位机系统电脑停机黑屏，无法监视和操作。

2 故障原因分析

故障发生后，调取故障录波、保护装置事件记录，波形分析得出，这是一起因电网系统电压波动过高，导致系统停电及机组甩负荷停机，计算机监控上位机系统电脑因交流电源失电导致非正常停机、黑屏。经查询设计，计算机监控上位机系统均配置了UPS不间断供电电源系统（以下简称“UPS电源”），以保证计算机监控系统安全稳定运行。UPS电源工作原理图如图1所示。

当系统电源正常时，优先由交流电源供电，UPS电源电池处于浮充状态。当交流失电时，自动无扰动切换至直流逆变交流工作，由电池供电，保证负荷所需交流电源不中断。两套电源系统输出电源通过STS模块实现与旁路电源的切换，每套逆变器通过CAN网连接实现冗余，两套电源系统通过监控管理单元的管理实现并机运行。

图1 UPS电源工作原理图

故障发生当时，系统电压二次侧A相电压85.39 V，B相电压88.88 V，C相电压81.63 V，超过电站过电压整定值（1.3 Ue=82.55 V），同时电站保护定值设置未开放过电压保护二段、三段保护，当系统电压异常升高时未及时与系统解列。受此电压波动影响，导致监控UPS电源报“母线电压异常”，“主回路异常”，“重启放电器故障”，即主交流系统电压异常波动引起监控UPS电源交流输入控制模块STS保护动作后重启，未能实现电源切换。逆变模块单元受到电源侧高压或过载冲击而保护动作停止工作。最终导致监控系统UPS电源因主交流供电电源、旁路交流供电电源失电及逆变电源保护动作未自动无扰动完成切换导致交流供电无输出，引起监控系统上位机电脑失电停机黑屏。故障发生后，电站运维人员对UPS电源进行手动复归，并恢复厂用电供电后，装置运行恢复正常。

3 故障处理措施

结合故障发生的过程及原因分析，导致计算机监控系统上位机非正常停机黑屏故障的主要原因：①当系统电压波动导致过高时，由于线路保护未开放过电压保护二段、三段保护，电站设备未能及时与系统解列，导致故障进一步扩大。②UPS电源设备受电源测高压或过载冲击，相关保护动作重启故障，当电站与系统解列，机组停机厂用电消失后，UPS电源未能无扰动切至直流逆变交流供电。针对以上原因，结合电站长期运行相关数据，经详细研究分析，采取了以下改进方案：

（1）开放并启用电站线路保护装置过电压二段、过电压三段保护功能。在系统电压升至1.07 Ue时，延时0.1 s保护告警，提示电站运行人员加强监视与巡查，必要时联系调度中心采取相应的正常解列停机措施。在系统电压升至1.1Ue时，延时3 s线路过电压保护跳闸，及时与电网系统解列至机组空载带厂用电运行，保护电站设备不受电压波动冲击影响，防止故障进一步扩大。

（2）根据长期运行监测数据显示，受限于当地电网系统比较薄弱及系统无功偏高影响，电网系统电压长期高于额定电压运行。为有效降低厂用电电压，确保厂用电设备在额定电压附近正常运行，采取将1～3号厂用变高压侧档位由3档（额定电压11 kV）调整到2档（11.275 kV）运行，从而降低厂用变低压侧电压。

（3）经与UPS电源设备制造厂家沟通，查询装置技术参数，设备正常工作输入电压为AC230 V。采取通过修改STS控制模块装置保护动作定值由250 V调整至265 V，以改善UPS电源交流输入控制模块STS保护动作不能重启问题。同时，通过提高逆变桥功率MOS管耐压裕度，提高逆变单元模块抗压冲击能力，采用加强型功率元件。逆变桥功率MOS管采用24N90，相比原设计提高至810 V，瞬时抗电压扰动能力达到交流输入的1.5倍，同步修改逆变模块DSP控制器保护算法，增加电压采样滤波判断控制逻辑，优化保护动作阈值，以配合上述过电压监控回路技改，改造后的UPS电源经测试合格后投入正常使用。

电站在按上述方案逐项落实改进措施后，经实际运行验证，计算机监控上位机系统运行正常，未再发生交流电源失电故障。

4 结语

随着电力技术飞速发展，电厂自动化程度越来越高，水电站计算机监控系统作为水电站的监视、控制和管理核心，停止工作将造成电站运行人员短时无法监控、操作现场设备，给电站运行带来较大安全隐患，高水平的运行维护将为电站的安全生产和降本增效带来更大的综合效益。通过对装置的相关功能特性及电站运行特点的研究，针对故障原因采取针对性措施，及时调整相关设备运行参数和对有关回路进行改造，运行至今，计算机监控系统未再发生非停故障，最大程度地保障了电站安全、经济、稳定、长期运行，有力促进了电站综合自动化水平提高，同时培养了电站管理人员分析问题、解决问题的能力。