一起短路故障引起孤网运行分析

程万里

一起短路故障引起孤网运行分析

程万里

程万里

大连西咀热力有限公司

程万里，男，1981年10月14日，汉族，辽宁省大连市，大连西咀热力有限公司电气工程师，从事发电厂电气设备运行与检修技术管理和检修工作。

通过孤网系统中一起短路故障造成全厂停电，分析全停生产的原因及如何缩小事故范围，尽量避免孤网系统发生全厂停电事故。

引言

目前，国内有很多小型自备发电厂受生产成本等多方面因素影响而采取脱离大电网孤网运行的特殊运行方式，此种方式下电网运行不稳定，抗冲击能力差。大连西咀热力有限公司在2005年采用孤网运行至今，曾出现过多次短路故障，通过公司技术人员不断总结优化，孤网运行安全性大大提高。

孤网运行系统方式

孤网时，1#、2#发电机均开机，分别并于10kV主母I段和主母II段，分段开关255闭合，所有厂用电及10kV厂用I、II、III段均接在主母I段和主母II段运行，向港区供电通过1#联络线送至北良变电所总变10.5kV I段，总变分段155开关和1#主变二开关151均断开，曹北左线带1#主变热备用运行。外网系统电由曹北右线通过2#主变带总变10.5kV II段向北良部分分变电所供电，同时2#联络线作为热电厂两台发电机备用电源，213甲开关闭合，213乙开关断开。如图1。

孤网系统全厂停电事故原因及过程分析

事故前运行方式

故障前电气系统运行方式即为前述运行方式，当时系统电压为10.45kV，1#发电机电负荷10MW、电流为600A，2#发电机电负荷5.8MW、电流为360A，通过1#联络线送到北良变电所负荷为12MW、电流为720A，为2台发电机组总出力的76％，电流互感器变比：20005。

事故现象和事故分析

2009年6月28日14日50分，北良变电所10kV分变电所中装船机馈线发生单相接地和相间短路，经340ms事故切除（保护装置记录）。热电厂故障录波仪记录了故障全过程，如图2，现将全过程描述如下：2009年6月28日14日50分45秒起始在事故发生的200ms内，发电机出口母线电压波形突变，出现较大的零序电压，1#发电机、2#发电机、1#联络线的电流基本不变，说明10kV系统发生单相接地（小电流选线装置已检测到1#联络线瞬间接地）。在故障发生200ms时，1#联络线B、C相电流先达到10kA，240ms时三相电流均达到8.9kA，之后短路电流逐步衰减，1#、2#发电机电流的变化趋势与1#联络线相同，此时相电压降到4.3kV。在故障发生540ms时，1#联络线电流从880A降为0，此后，10kV电压逐渐升高，在故障发生后1s升到额定电压，从故障发生到故障切除的时间是340ms，此时负荷断路器全部跳闸，而1#联络线两端断路器并未跳闸，故障切除后2.8s，1#、2#发电机过频保护动作停机，造成全厂停电。当时汽轮机超过额定转速10％关主汽门，但转速仍升至3450转/min。通过对继电保护定值和配置的核查，分析认为保护动作是正确的，而且考验了机组经励磁变压器的自并励静态励磁系统在340ms故障期间内提供的短路电流使电流保护装置能切除故障。

扩大事故主要原因分析

北良变电所10kV分变电所中装船机馈线发生单相接地和相间短路，经340ms切除故障，在相间短路期间造成10kV系统整体电压降低，因为北良变电所10kV负荷馈线断路器装有失压脱扣装置，而大量的380V电动机也采用接触器供电，当10kV三相短路电压降低时，电动机自行失压脱扣，故障录波图显示，在故障发生540ms时，1#联络线电流从880A降为0即1#联络线12MW负荷已全部甩掉，因而引起1#、2#机组出力远大于负荷，造成汽轮发电机超速，过频保护动作跳机，导致扩大事故造成全厂停电。

在此次故障期间，热电厂厂用电系统一直正常运行，直到全厂停电为止，其原因在于发电厂厂用电系统有一套符合运行要求的低压保护系统，对影响机组运行的重要电动机在厂用电低电压时，经过9s跳闸或不跳闸（如引风机），对不影响机组运行安全供电的不重要电动机（输煤系统），在厂用电低电压0.5s即跳闸，以保证对重要厂用电动机的可靠供电。

总之，本次故障扩大以致全厂机组停电的主要原因即为低电压甩负荷造成过频保护动作停机所致。

缩小事故范围，尽量避免全厂事故停电的对策措施

优化保护配置，缩短故障跳闸时间，维持系统电压稳定，防止负荷开关失压脱扣

具体方案如下：由北良变电所供电的分变电所，采用单母线分段运行方式，直接接在母线上的负荷馈线断路器的电流速断保护动作时间由0.3s改为0s，负荷馈线的串联断路器保护不设级差，母联断路器保护动作时间由0.6s改为0s。定值如此配置之后，可以保证故障几率最高的负荷线路，在发生故障时快速切除。北良分变电所曾在2009年10月16日的负荷线路故障中，因0s切除故障未发生断路器失压脱扣，系统仍稳定运行。说明优化保护配置是解决防止全厂停电的有效手段。

图1 为电气一次系统图

图2 录波仪记录

提高汽轮机调速系统可靠性，甩负荷后不超速跳闸

当前大型汽轮发电机组具有甩负荷不超速跳闸维持带厂用电的功能，但小型机组无此功能，热电厂与汽轮机制造厂及调速器厂家联系后，对汽轮机及调速系统进行了完善，尽量控制机组在甩负荷汽轮机转速不过高，从而达到降低周波的作用。

改善负荷侧回路低电压保护配置

热电厂所有10kV高压负荷及380V负荷包括北良各变电所负荷都可按照凡不重要回路可以考虑设置0.5s低电压跳闸，对于重要回路可以考虑设置3s以上低电压跳闸，这样可以在负荷侧发生故障时，即使发生低电压，并不马上甩负荷，如果短期内切除故障电压恢复，所有非故障线路均可恢复正常运行，并不会发生全厂停电事故。

改善发电机励磁系统的性能

热电厂两台发电机已采用机端励磁变压器的静态励磁方式从此次故障证明北良变电所10kV支路短路故障，依靠机组静态励磁系统提供的逐步衰减短路电流，仍然保障了故障经0.34s及时切除，但故障切除后从系统电压恢复较慢，同时原励磁系统为单通道单可控硅系统，相对孤网系统而言，此种励磁调节器安全性差，当励磁调节器本身异常很容易出现电网电压波动，对系统运行安全十分不利，通过上述分析，将原励磁系统升级改造为双通道双套可控硅励磁系统，电压响应速度也大大提高，从而为故障切除后系统电压迅速恢复提供保障。

结束语

高压系统发生短路对任何电厂都会造成一定影响，在孤网系统发生短路故障更是影响巨大，但通过合理的保护配置，改善励磁系统和调速系统性能是可以提高孤网运行安全性，满足企业正常的生产与用户需要。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.080