某抽水蓄能电站一起由于逆功率保护动作导致机组启动失败的故障分析

某抽水蓄能电站一起由于逆功率保护动作导致机组启动失败的故障分析

魏 李

安徽响水涧抽水蓄能有限公司 安徽芜湖市 241083

摘要： 某抽水蓄能电站2号机组发电启动过程中由于逆功率保护动作，导致2号机组启动失败，经过对事件现象和可能存在问题的环节进行分析查找，最终找到原因，并提出了解决对策。

关键词 抽水蓄能 逆功率保护 有功设定值 有功测量值 调速器 导叶开度 导叶开启速率

0 引言

抽水蓄能机组发生逆功率现象，即发电工况转为水泵工况运行，从水流方向、电网潮流等方面就会发生影响变化，发生后可能短时恢复，也可能引起逆功率保护动作。本文对某抽水蓄能电站2号机组由于逆功率保护动作，导致2号机组启动失败事件原因的查找及处理做了介绍，最终通过优化完善调速器导叶开启速率程序，解决了此次启动失败事件的问题。

1 事件概况和初步判断

1.1事件概况

17:35:01 AGC（自动发电控制）要求开2号机组，随后2号辅机启动，2号换相隔离开关（发电工况）合位动作，2号进水阀全开，机组励磁系统建压，转速达100%，同期发并网令，17:37:53 2号机组GCB合位动作，17:37:58 2号机组发电电动机A套和B套保护装置及总报警动作，同时监控报2号发电电动机保护A、B套保护逆功率信号报警，17:38:05 保护跳闸动作, 监控流程启动2号机组紧急事故停机操作。为满足负荷曲线要求，17:38:06 AGC要求开3号机组，待3号机组并网稳定运行后，查找2号机组逆功率保护动作原因。

1.2初步判断

逆功率保护是抽水蓄能机组特有的保护之一，机组并网初期，可能出现机组负荷带不上情况，出现反水泵工况，此时机组会吸收电网功率，为避免该情况出现而设置的保护。现场通过对保护装置、监控负荷曲线以及调速器程序设置等方面梳理，初步从以下方向进行查找及确认：

（1）保护功率测量不准确，保护误动作；

（2）监控负荷下发有误，导致机组出现逆功率现象；

（3）调速器导叶控制回路故障，导致导叶拒动、误关闭等情况。

2 故障查找与原因分析

2.1 逆功率保护动作分析

该电站逆功率保护定值按10%额定功率（25MW）整定，延时2S报警，延时9s动作事故停机。查阅2号机组保护装置动作报告，显示如下：

17:38:05 A套保护装置逆功率保护动作，此时刻采集有功功率为-10.86%；

17:38:05 B套保护装置逆功率保护动作，此时刻采集有功功率为-11.09%。

通过分析，A套和B套保护动作时刻的有功功率存在微小偏差，属正常现象。查阅2号机组故障录波装置电压电流波形，2号机组三相电压和三相电流保持平衡，但每一相的电压跟电流相角相差180度，表明此时机组的有功功率测值确实为负值，查阅监控历史数据，保护动作时机组有功功率为-41MW，保护动作正确，排除保护误动的原因，具体见图1所示（2号机组故障录波图）。

图1 2号机组故障录波图

2.2 监控功率设定下发情况分析

通过对监控系统2号机组启动失败时历史数据的查阅分析，可以看出机组有功设定值与调速器功率给定反馈值保持同步，排除调速器接收监控下发有功给定异常，同时由曲线可知从37分57秒到38分05秒，导叶开度正常增大，但机组有功测量值均未超过-25MW，并维持了9秒，逆功率保护动作事故停机。现场人员对监控盘柜及机端PT柜二次端子紧固检查，并未发现功率测量回路中有异常，排除监控功率下发异常情况。具体见图2所示（监控系统功率下发与反馈曲线图），其中橙色值为2号机组有功设定值，蓝色值为2号机调速器功率给定反馈值，绿色值为2号机组有功测量值。

图2 监控系统功率下发与反馈曲线图

2.3 调速器系统分析

1）对调速器导叶给定和反馈进行5%小开度检测，导叶给定和反馈数据正常。

2）对调速器导叶副环扰动试验和开启速率检测，导叶从0-100%用时25S，数据正常。

3）2号机组启动失败时导叶开度分析，见图3、图4所示。

图 3 2号机组监控下发负荷时导叶曲线

图 3所示监控负荷下发时(37分57秒)，导叶开度（红色）为19.6%，有功实测功率为-39.7MW。

图4 2号机组保护动作时导叶曲线

图4所示2号机组逆功率保护动作（38分05秒）时，导叶开度（红色）为27.5%，机组功率（蓝色）为-40.9MW，并未上升。

根据2号机组启动失败时的曲线记录及监控系统相关二次回路检查分析，监控系统负荷下发后导叶开启方向正确，但在并网后机组功率一直维持在-40MW左右，并未随着导叶开启而上升，排除导叶拒动、误关闭等情况，所以判断应是导叶开启速率不够，机组功率未能及时上升导致逆功率保护动作，2号机组启动失败事件发生。

3 故障处理

3.1 调速器程序的优化处理

该电站调速器原程序设定机组并网前频率模式运行，以调节至50HZ频率为最终目的，机组空载转发电并网以后采用功率闭环，导叶以0.85%/s的速率开启，功率从0升至150MW，再由150升至250MW,导叶开启速率仍为0.85%/s。经过讨论沟通确认，对导叶开启速率进行优化完善，在并网初期，提高导叶开启速度，在短时间内将导叶开到一个较大的开度，以便迅速克服逆功率现象和缩短逆功率时间。程序修改后设定机组在并网初期导叶以K1＝1.5%/s的速率迅速开启ΔY＝10%个开度，之后清除1.5%/s导叶开启速率设定，导叶仍以0.85%/s的速率开启，将功率逐步带到额定功率250MW，另外如果机组在并网后的10%导叶开度内启动失败，则清除1.5%/s导叶开启速率设定，K1和ΔY通过程序编程来精准实现。

3.2 程序优化后的静态试验

程序优化后对2号机组调速器A套、B套导叶开启速率进行静态试验，分析机组并网令发出以后，导叶在6.8秒从22.9%（空载开度）开启至32.9%，与程序修改数据相符合。再将对2号机调速器B套导叶开启速率进行静态录波，导叶从22.9%（空载开度）开启至32.9，用时6.7秒，数据与程序相符合。

3.3程序优化后的动态试验

2号机组开机对导叶开启规律进行试验，分析机组并网后，导叶开度迅速上升，在6.3秒内从22.9%（空载开度）开启至38%（此开度为程序设定的10%与PID开启的导叶开度之和，即10%+0.85%*6.3=15.3，误差在合理范围之内），开启速率为2.39%/s,误差在合理范围内，符合导叶开启规律以及修改程序的要求（机组带上功率以后导叶的开启速率应为1.5%+0.85%=2.385%）。程序修改前，机组并网后导叶以0.85%/s的速率开启10%所需时间为11.7s。程序修改后，导叶开启速率提升，功率上升稳定，有效的避开了反水泵区，大大提高了机组的启动成功率。

4 事件的结果

此次2号机组发电启动失败，主要是由于调速器在小开度下并网，导叶开启速率不够，导致功率未能及时上升。机组并网初期增加负荷时，受水力特性的影响，功率波动较大，加之导叶开启速率较慢，存在功率波动振幅处于保护动作值附近的情况，出现反水泵工况，此时机组会吸收电网功率，若在逆功率保护动作时限内功率不能迅速爬升避开逆功率区，易引起机组逆功率保护动作，所以并网后初期要合理加快导叶开启速率，提高机组启动成功率。