電網(wǎng)并網(wǎng)需滿足同期三要素：電壓相等，頻率相同和相位一致。非同期并網(wǎng)對電網(wǎng)存在很大的危害，特別當電壓相位差180°時，沖擊電流最大。發(fā)生非同期并網(wǎng)后，應查看故障錄波，檢查同期裝置的整定值和同期試驗。防止發(fā)生非同期事故的措施有同期技術(shù)改造、同期定值優(yōu)化、提高調(diào)度員的事故處理能力和完善應急預案等。

位于新疆塔克拉瑪干沙漠北部邊緣的塔河油田電網(wǎng)，擔負著三區(qū)五縣約2.6萬余km2的油氣生產(chǎn)和生活用電。在油田電網(wǎng)運行中，發(fā)生了一次電網(wǎng)故障處理時同期并網(wǎng)事故。

1 事故電網(wǎng)運行方式

油田電網(wǎng)的供電電源有巴州電網(wǎng)、阿克蘇電網(wǎng)和兩個自備發(fā)電廠。

事故前，電網(wǎng)分網(wǎng)運行，具體情況為阿克蘇電網(wǎng)、發(fā)電一廠和發(fā)電二廠帶油田主體電網(wǎng)，巴州電網(wǎng)帶采油一區(qū)10kV配電網(wǎng)，并網(wǎng)開關(guān)為發(fā)電一廠的110kV母聯(lián)1150開關(guān)。如圖1所示。

圖1 塔河油田電網(wǎng)主構(gòu)架圖

2 事故發(fā)生經(jīng)過

9月23日01:18，油田主體電網(wǎng)110kV布四聯(lián)線接地保護跳閘，油田主體電網(wǎng)與阿克蘇電網(wǎng)解網(wǎng)，成為孤網(wǎng)，由自備發(fā)電廠帶負荷。為提高電網(wǎng)運行可靠性，電力調(diào)度員決定將油田主體電網(wǎng)并入巴州電網(wǎng)。

調(diào)度員未分析兩邊電網(wǎng)的并網(wǎng)條件，給發(fā)電一廠的運行員下發(fā)了同期調(diào)度令。運行員在并網(wǎng)操作中，前兩次同期合閘未成功，第三次同期操作時開關(guān)合閘成功。但合閘后，兩個自備發(fā)電廠的所有發(fā)電機組相繼保護跳機，并網(wǎng)開關(guān)也保護跳閘，發(fā)生油田主體電網(wǎng)失電事故。

3 事故調(diào)查經(jīng)過和原因分析

事故發(fā)生后，電氣技術(shù)組開展了以下調(diào)查工作并進行分析。

3.1 故障錄波調(diào)閱

調(diào)閱故障錄波，如圖2所示。

從故障錄波圖可以得到1150母聯(lián)開關(guān)閉合時間為9月23日01:32:32:536，即并網(wǎng)時間。將并網(wǎng)時兩側(cè)電網(wǎng)同期電壓幅值、相位和頻率整理成表，同時計算出差值填入表1中。

圖2 電網(wǎng)相位差圖

表1 故障錄波記錄表

故障錄波記錄表的差值是同期動作值，與同期保護定值單表2比較可知：

表2 同期保護定值單表

1）電壓相位差194.47°，大于定值18°；電壓幅值差為89.11V，大于定值8V；電壓頻率差0.76Hz，小于定值0.8Hz；只有電壓頻率差滿足同期條件。

2）同期裝置只有在電壓頻率差、幅值差和相位差3項數(shù)值同時達到條件，同期裝置才出口開關(guān)。而實際情況為，電壓幅值差和相位差均未達到同期定值，同期裝置卻出口了開關(guān)，說明同期裝置存在問題。

3）電網(wǎng)并網(wǎng)時間點的電壓相位差194.47°，屬于嚴重的非同期合閘，相當于系統(tǒng)發(fā)生了短路故障。

3.2 非同期并網(wǎng)的危害性分析

非同期并網(wǎng)，由于兩個電網(wǎng)的電壓差很大，開關(guān)合閘時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，巨大的沖擊電流對發(fā)電機、變壓器和電力系統(tǒng)造成嚴重沖擊。發(fā)電機組將發(fā)出強烈的振動，使發(fā)電機組繞組變形甚至燒毀。對整個電力系統(tǒng)來說，系統(tǒng)將會發(fā)生功率振蕩，嚴重擾亂整個系統(tǒng)的正常安全運行，造成整個電網(wǎng)的崩潰。

電網(wǎng)并網(wǎng)的沖擊電流計算如下：

從上式可以看出，并網(wǎng)沖擊電流大小同兩邊電網(wǎng)的電壓差、相位差和系統(tǒng)短路阻抗有關(guān)系。此次并網(wǎng)由于相位差194.47°，電壓差為9020V，沖擊電流很大。

3.3 同期裝置校驗

1）同期裝置采樣

用繼保儀對同期裝置進行電壓數(shù)據(jù)采樣，發(fā)現(xiàn)裝置的同期電壓頻率采樣值存在數(shù)據(jù)固化，始終為50.1Hz，說明同期裝置存在死機。重啟裝置后，電壓采樣值恢復正常。

2）校驗同期定值

試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 同期試驗記錄表

結(jié)果：同期保護動作正確。

3）同期裝置誤動作分析

（1）同期裝置運行超10年，裝置里面的電子器件老化，可靠性降低。

（2）運行員同期操作不符合規(guī)范是裝置誤動作的直接原因。同期裝置工作原理為打同期把手的“同期”位后，裝置開放40s尋找同期點，若達到同期條件則出口開關(guān)合閘，否則40s后報“同期失敗”，才能開始下一次同期操作。

本次同期操作，由于調(diào)度員下達錯誤同期操作令，兩邊電網(wǎng)未達到同期條件，裝置判同期失敗是正確的。運行員不知情，頻繁同期操作，且每次操作間隔小于40s，導致裝置死機。

4 采取措施

4.1 對同期裝置進行雙冗余改造

同期裝置為電子產(chǎn)品，必然存在可靠性問題，通過加裝機械式同期繼電器，實現(xiàn)雙冗余判斷，可避免其中一個同期裝置損壞造成非同期并網(wǎng)事故。

雙冗余同期需注意同期定值的整定和配合，特別是相位定值。如果相位定值設置偏小，并網(wǎng)成功率低。如果相位定值設置偏大，對電網(wǎng)的沖擊大。

下面介紹一種相位定值配置方法：機械式同期繼電器的相位差定值設為20°，用作防非同期閉鎖；同期裝置的相位差定值整定設為12°，作為同期判斷。

4.2 同期定值優(yōu)化

原同期定值電壓差8V，相位差18°，同期頻率差0.8Hz，考慮開關(guān)60ms的動作特性，最大沖擊電流計算為：

最大沖擊電流154.8A，超過發(fā)電一廠的3臺12MW的發(fā)電機組承受能力，應該將定值調(diào)小。

根據(jù)電網(wǎng)抗沖擊能力，整定定值為電壓差4V，相位差12°，同期頻率0.3Hz。整定后最大沖擊電流計算為39A。

4.3 信息化改造

本次電網(wǎng)同期事故，電調(diào)員的錯誤調(diào)度令是其中一個原因，但電調(diào)室沒有電網(wǎng)電壓實時波形的監(jiān)測設備也是一個原因。

電調(diào)室建立遠程故障錄波系統(tǒng)，可實現(xiàn)電網(wǎng)電壓實時波形監(jiān)測，再通過調(diào)節(jié)5臺發(fā)電機組的勵磁電流和閥門開度，可調(diào)節(jié)油田電網(wǎng)電壓的幅值和頻率。

4.4 定期校驗同期裝置

為防止同期操作時同期裝置故障，定期校驗同期裝置，如做假同期試驗。

4.5 規(guī)范同期操作

操作人員在同期并網(wǎng)操作前，應檢查同期裝置和機械式同期繼電器，必要時對同期裝置重上電。同期操作嚴格遵守操作流程，兩次操作必須間隔40s，等同期裝置顯示“同期判斷失敗”才可進行下一次操作。

4.6 提高調(diào)度員業(yè)務能力

提高調(diào)度員對事故情況下電網(wǎng)特殊運行的認識、分析和處理能力。

4.7 完善應急預案的編制，并定期演練

完善獨立網(wǎng)運行、頻率異常、電壓異常的應急預案，定期同期操作演練。

5 結(jié)論

此次油田電網(wǎng)同期并網(wǎng)事故，調(diào)度員未分析兩邊電網(wǎng)是否具備并網(wǎng)條件，下達錯誤調(diào)度命令是主要原因。操作人員的同期操作不符合規(guī)范，導致裝置死機后誤動作是直接原因。

事故發(fā)生后，油田電管部門采取了同期裝置雙冗余改造、同期定值優(yōu)化、信息化改造、定期校驗同期裝置、規(guī)范同期操作、提高調(diào)度員業(yè)務能力和完善同期操作預案并定期演練的措施。

本文編自2021年第2期《電氣技術(shù)》，論文標題為“一起油田電網(wǎng)故障處理時同期并網(wǎng)事故的分析”，作者為蒲軍。