厂用电倒换导致直流系统故障分析

厂用电倒换导致直流系统故障分析

彭昌清

国网湖北省电力有限公司黄龙滩水力发电厂 湖北省 十堰市 442000

摘 要：运行人员在进行厂用电倒换操作时，因倒换操作间过长，使厂用电交流系统电源消失达8分钟，又因有负荷过重导致直流母线电压严重，而直流III段母线所接的蓄电池组的某些蓄电池其性能早已变坏，迫使直流III段母线下降至不能正常工作，最终导致厂用电倒换导致直流系统故障。

关键词：厂用电倒换作间过长直流系统故障

一、事件概况

2021年6月18日晚17时55分26秒，运行人员倒换2号厂房厂用电系统由原栆55线路供电倒至栆66供电。17时55分27秒405开关分闸，厂用交流III段母线失压，17时56分16秒481开关分闸，厂用交流IV段母线失压，此时厂用交流III段、IV段母线全部失压。18时04分52秒厂用交流III段、IV段母线恢复供电。

在此期间，220kV开关站母差保护屏直流空开跳闸，2号蓄电池室直流充电装置告警，上位机操作员工作站1、工程师工作站掉电，3、4号机组LCU均已死机，运行人员已无法通过上位机对3、4号机组进行控制操作。

二、原因分析

1、厂用电400V III段、IV段同时长时间失压原因分析

①事件前运行方式

2号厂房厂用电电源由坝顶10kV供电，其厂用400V由400V IV段联络运行，直流负荷III段、IV段分段运行；

②因13.8kV高厂变45B、46B改造后未做投运试验，厂用电倒换前，厂用电只有通过坝顶电源点供电，那么没有分别进行分段倒换厂用电，导致厂用电400V III段、IV段同时8分钟长时间失压是此次事件的主要原因。

③当2号厂房厂用电倒换时导致厂用III段、IV段母线先后失压，在此期间，2号厂房事故照明及重要的交流负荷全部由3、4号蓄电池组分别供电或逆变供电。

2、220kV母差保护屏直流空开跳闸分析

220kV母差保护屏直流空开额定电流4安，当其直流电压下降，当所接负载功率一定时，电压降低，那么电流就相应增大，超过其额定电流即跳闸。

3、2号蓄电池室直流充电装置告警分析

当2号厂房厂用电倒换时导致厂用III段、IV段母线先后失压，直流充电装置因失去全部交流充电电源而告警。

4、GPS时钟同步接收装置异常、3号机组机旁辅助电源屏直流输入异常；220kV开关站黄15开关控制回路断线；220kV开关站直流电源消失；220kV开关站A套母差失灵保护失电告警；220kV开关站B套保护装置告警；上位机操作员工作站、工程师工作站掉电分析

分析：当2号厂房厂用电倒换时导致厂用III段、IV段母线先后失压，在此期间，2号厂房事故照明及重要的交流负荷全部由3、4号蓄电池组分别供电或逆变供电，出现上述异常现象，显然是厂用直流III段、IV段母线电压严重下降导致。

那么厂用直流III段、IV段母线电压为什么会严重下降呢？其原因分析如下：

①当2号厂房厂用电交流400V全部失压后，2号厂房事故照明及重要的交流负荷全部由3、4号蓄电池组分别供电或逆变供电，此时有大型负载投入导致直流母线电压大幅降低？2号厂房直流采用两组600AH蓄电池组分别并接于直流III段、IV段母线，此时的负荷也只有用于监控机房的两台大型UPS、事故照明系统及所有二次设备控制系统，两组600AH蓄电池组是完全能够满足这些负荷持续运行几个小时的，所以负荷过重导致直流母线电压严重下降原因不成立。

②查看现场及监控报文获悉，本次故障仅仅反应出有直流电压下降导致各类二次设备报警，而没有直流接地信号，可以分析本次直流系统电压下降问题就出在直流蓄电池组上。

③还是通过查看现场及监控报文获悉，因故障前直流III段、IV段母线分段运行，本次故障直流电压下降出现后，直流IV段母线所接设备故障信息能很快恢复，而直流III段母线所接设备故障信息不能很快恢复，只能说明直流III段母线所接的蓄电池组的某些蓄电池其性能早已变坏，在直流III段充电装置因交流电源消失后，依靠直流III母线所接蓄电池组承担电源时，因其某些蓄电池其性能早已变坏，虚浮的蓄电池组电压很快就被其直流母线上的负载所拉下，最终导致直流III段母线所接设备因装置电源电压严重下降故障信息不能很快复归。

三、处理措施

1．维护人员达到现场后检查2号蓄电池室3、4号直流充电装置已工作正常。

2．核对确认上述故障信息未及时恢复的直流负荷均由3号蓄电池组经直流III段母线供电；

3．万用表测量3号蓄电池组分别至3号整流充电屏、直流联络屏的熔断器无熔断。

4．机房操作员工作站1、工程师站服务器工作电源为单电源配置，取自机房1号UPS，1号UPS取自直流III段反馈屏，所以当III段直流母线欠压时导致1号UPS输出电压无法满足操作员工作站1、工程师站正常工作而自动关机。机房其他服务器均为双电源配置，因4号蓄电池组和直流IV段母线工作正常，所以未受到影响；5．因机组监控现地LCU双供电插箱双路直流电源投入后，会引起直流母线对地绝缘下降现象，经联系厂家咨询分析，双供电插箱直流输出回路接有二极管，由于双供电插箱输出电压存在差异，使得输出直流部分偶尔会存在环流，有时会导致直流绝缘下降；目前3、4号机组监控LCU双路直流工作电源只投入了第一路（直流III段），第二路（直流IV段）未投入。所以，当厂用交流消失又遇到直流III段母线失压时导致3、4号机组监控LCU系统工作电源完全消失。

6．2号厂房厂用电倒换操作自17时55分开始至18时04分结束共8分钟时间，8分钟时间内2号厂房全部直流负荷均由蓄电池组提供，在厂用电恢复之前随着3号蓄电池组放电电压持续下降，出现电池欠压现象，最终导致III段直流母线失压；在厂用电恢复后，3号直流充电机在给3号蓄电池组充电初始出现1-8号整流模块过流告警，说明蓄电池放电深度已达到均冲条件，充电电流是较大的。

四、处理方法与步骤

1．现场检查220kV母差屏保护装置无异常，电源空开至侧装置内部无短路现象后，试送直流电源空开将装置上电运行正常；

2. 现场分别手动重启3、4号机组监控LCU，上电后系统运行正常；

3．分别启动操作员工作站1、工程师站服务器后设备运行正常；

4．将3、4号机组现地LCU直流工作电源由直流III段供电改为由直流IV段供电；

5．由电气班确认4号蓄电池组为2020年新更换的设备，经运维部同意，将2号厂房直流III段、IV段母线由分段运行倒为联络运行，用4号充电装置带4号蓄电池组和直流III段、IV段母线联络运行，3号充电装置带3号蓄电池组独立运行；

6、维护人员随后对2号厂房二次设备进行了全面检查。

五、暴露的问题

本次事件暴露的问题及经验教训：

1.蓄电池组随着使用年限增长性能下降。

2.厂用电系统改造后应及时进行相关试验，保证厂用电倒换时应有足够的电源点。

3. 机组监控LCU电源设计存在缺陷，导致直流双电源供电时会出现直流系统绝缘下降。

六、防范措施

1、加强对蓄电池组的维护。

2、联系监控厂家分析解决LCU因输出环流导致直流绝缘下降问题。

参考文献

[1]：赵畹君，高压直流输电工程技术，中国电力出版社，2004
　　[2]：曹继丰，高压直流输电现场实用技术问答，中国电力出版社，2008