發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)中程序跳閘停機(jī)方式及其保護(hù)配置

鞏力魁

(廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510080)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)向大型電網(wǎng)、大型機(jī)組方向發(fā)展，大型發(fā)電機(jī)組的造價(jià)越來越高，對(duì)機(jī)組保護(hù)的要求也越來越高。機(jī)組在運(yùn)行過程中難免會(huì)有啟、停操作，對(duì)于運(yùn)行中的機(jī)組，在停機(jī)過程中，不管是正常操作停機(jī)還是事故跳閘停機(jī)，都需要采用科學(xué)的方法，否則，會(huì)使機(jī)組產(chǎn)生無法挽回的損失?，F(xiàn)在，大型機(jī)組停機(jī)一般采用程序跳閘和事故全停的方式。事故全停是在機(jī)組電氣設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，才會(huì)采用的方式。在機(jī)組正常停機(jī)過程中，機(jī)、爐系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障或者電氣設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，一般會(huì)采用程序跳閘的方式停機(jī)。

事故全停、程序跳閘這2種停機(jī)方式最終需要通過發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。本文主要討論大型發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)中程序跳閘停機(jī)方式的保護(hù)配置問題。

1 程序跳閘

程序跳閘是機(jī)組保護(hù)的一種停機(jī)方式，是由機(jī)組保護(hù)發(fā)關(guān)主汽門命令，或機(jī)、爐系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障引發(fā)熱工保護(hù)動(dòng)作關(guān)閉主汽門，當(dāng)主汽門關(guān)閉后，再反饋給機(jī)組保護(hù)，機(jī)組保護(hù)再動(dòng)作出口全停。程序跳閘方式可防止汽輪機(jī)發(fā)生超速飛車事故，有利于機(jī)組安全、平穩(wěn)停機(jī)。

對(duì)于大型發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)，專門配置用于程序跳閘的保護(hù)有熱工保護(hù)、逆功率保護(hù)、程序跳閘逆功率保護(hù)、程序跳閘正向低功率保護(hù)等。這些保護(hù)對(duì)于大型機(jī)組程序跳閘過程的成功與否，會(huì)起到至關(guān)重要的作用。

2 保護(hù)配置

2.1 熱工保護(hù)

大型發(fā)電機(jī)組均設(shè)計(jì)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)、爐、電、熱橫向連鎖保護(hù)以及各自設(shè)備(包括輔機(jī))的相關(guān)熱工保護(hù)，可確保機(jī)組正常、安全運(yùn)行。大型發(fā)電機(jī)組保護(hù)中的熱工保護(hù)，是為實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電、熱橫向連鎖保護(hù)而配置的，它是機(jī)組在電氣部分實(shí)現(xiàn)的熱工保護(hù)功能的擴(kuò)展。

以國內(nèi)某電廠600 MW火電機(jī)組為例，其發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)中的熱工保護(hù)配置在非電量保護(hù)E屏中，當(dāng)機(jī)、爐、電、熱橫向連鎖保護(hù)動(dòng)作或其他因素造成主汽門關(guān)閉時(shí)，熱工分散控制系統(tǒng)(DCS)發(fā)出機(jī)組跳電氣命令，通過非電量接點(diǎn)開入到發(fā)電機(jī)變壓器組非電量保護(hù)E屏1EX43端子，啟動(dòng)K24E熱工保護(hù)中間繼電器，再通過K24E中間繼電器動(dòng)作輸出 2副常開接點(diǎn)串聯(lián)啟動(dòng) K186E，K186E1，K186E2全停II保護(hù)出口繼電器出口全停。熱工保護(hù)不設(shè)延時(shí)。熱工保護(hù)回路如圖1所示。

在滿足“A，B高壓側(cè)主汽門關(guān)取或”、“A，B中壓側(cè)主汽門關(guān)取或”、“汽機(jī)未掛閘”3個(gè)條件相與后，熱工DCS才發(fā)出機(jī)組跳電氣命令，充分保證熱工保護(hù)動(dòng)作的正確性、可靠性。熱工DCS機(jī)跳電邏輯框圖如圖2所示。

2.2 逆功率保護(hù)、程序跳閘逆功率保護(hù)

逆功率保護(hù)是由于各種原因而停止供給原動(dòng)機(jī)能量，與電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為從系統(tǒng)吸取能量來驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)時(shí)，針對(duì)原動(dòng)機(jī)配置的保護(hù)。對(duì)于汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，由于主汽門關(guān)閉后轉(zhuǎn)子和葉片的旋轉(zhuǎn)會(huì)引起風(fēng)損，逆功率運(yùn)行時(shí)，風(fēng)損產(chǎn)生的熱量不能被帶走，使汽輪機(jī)葉片過熱而造成損壞。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，當(dāng)機(jī)組由發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式時(shí)，有可能損壞驅(qū)動(dòng)齒輪。燈泡式和斜流式等低水頭水輪機(jī)在逆功率運(yùn)行時(shí)，也會(huì)使轉(zhuǎn)子葉片損壞。所以，各種機(jī)組均裝設(shè)逆功率保護(hù)裝置，在機(jī)組失去原動(dòng)力時(shí)對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)。在機(jī)組正常停機(jī)或事故停機(jī)過程中，都會(huì)失去原動(dòng)力，此時(shí)，對(duì)于汽輪機(jī)組而言，逆功率保護(hù)可作為后備保護(hù)，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)等機(jī)組而言，逆功率保護(hù)可作為主保護(hù)來配置。

逆功率保護(hù)由“逆功率保護(hù)元件”、“機(jī)端PT斷線閉鎖元件”、“斷路器輔助接點(diǎn)允許元件”3個(gè)條件相與再經(jīng)2段延時(shí)動(dòng)作出口，一般設(shè)一段短延時(shí)動(dòng)作出口信號(hào)，設(shè)一段長延時(shí)動(dòng)作出口停機(jī)。逆功率保護(hù)元件的計(jì)算功率為三相功率之和。根據(jù)DL/T 684—1999《大型發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》(以下簡稱《導(dǎo)則》)，汽輪機(jī)Pset一般取發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)最小損耗之和再乘以一個(gè)可靠系數(shù)，可靠系數(shù)一般取0.5～0.8。在實(shí)際運(yùn)行中，由于《導(dǎo)則》給出的計(jì)算方法為工程計(jì)算方法，計(jì)算出來的逆功率定值與實(shí)際工況存在偏差，容易造成保護(hù)拒動(dòng)。所以，逆功率定值采取實(shí)測方法為佳。另外，由于逆功率采集計(jì)算數(shù)值一般都非常小(遠(yuǎn)小于額定值)，對(duì)于測量的精度要求很高，否則測量誤差偏大易造成保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。所以，建議逆功率保護(hù)采用測量級(jí)電流互感器繞組和測量級(jí)電壓互感器繞組的配置。逆功率保護(hù)邏輯框圖如圖3所示。

圖3 逆功率保護(hù)邏輯框圖

程序跳閘逆功率保護(hù)是機(jī)組執(zhí)行程序跳閘停機(jī)方式時(shí)的執(zhí)行保護(hù)，由“逆功率保護(hù)元件”、“機(jī)端PT斷線閉鎖元件”、“主汽門關(guān)閉允許元件”、“斷路器輔助接點(diǎn)允許元件”4個(gè)條件相與再經(jīng)一段延時(shí)動(dòng)作出口停機(jī)，一般設(shè)一段時(shí)限，延時(shí)0.1 s左右即可。由于現(xiàn)在都采用微機(jī)保護(hù)，故程序跳閘逆功率保護(hù)與逆功率保護(hù)均公用同一模擬量采樣通道，即均采用相同的測量級(jí)電流互感器繞組和測量級(jí)電壓互感器繞組的配置。對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組，先關(guān)主汽門，待逆功率繼電器動(dòng)作后再斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)變壓器組斷路器并滅磁;對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，先將導(dǎo)水葉關(guān)到空載位置，待逆功率繼電器動(dòng)作后再斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)變壓器組斷路器并滅磁。程序跳閘逆功率保護(hù)邏輯框圖如圖4所示。

2.3 程序跳閘正向低功率保護(hù)

程序跳閘正向低功率保護(hù)是近些年才在機(jī)組保護(hù)中應(yīng)用的一種程序跳閘保護(hù)，它與程序跳閘逆功率保護(hù)邏輯類似，只不過采用正向低功率邏輯元件代替逆功率邏輯元件，即程序跳閘正向低功率保護(hù)由“機(jī)組正向低功率保護(hù)元件”、“機(jī)端PT斷線閉鎖元件”、“機(jī)端低電壓閉鎖元件”、“主汽門關(guān)閉”、“斷路器輔助接點(diǎn)”5個(gè)條件相與后再經(jīng)一段延時(shí)動(dòng)作出口停機(jī)，一般設(shè)一段時(shí)限，延時(shí)0.1s左右即可。正向低功率保護(hù)元件的計(jì)算功率為三相功率之和。由于采用正向低功率邏輯元件代替逆功率邏輯元件，故對(duì)電流互感器和電壓互感器的精度要求就沒有那么高，采用保護(hù)級(jí)CT，PT繞組即可。機(jī)組程序跳閘時(shí)，當(dāng)主汽門關(guān)閉后，機(jī)組正向輸出功率低于設(shè)定值，則程序跳閘正向低功率保護(hù)動(dòng)作。PT斷線及機(jī)端低電壓閉鎖元件用來保證機(jī)組在機(jī)端PT斷線及機(jī)組未啟動(dòng)時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)，而斷路器輔助接點(diǎn)判據(jù)用來判別機(jī)組是否并網(wǎng)(如機(jī)組在未并網(wǎng)空載狀態(tài)，保護(hù)仍然不會(huì)誤動(dòng))。主汽門關(guān)閉條件是用來判定程序跳閘的關(guān)鍵性判據(jù)，只有在機(jī)組主汽門關(guān)閉后，程序跳閘正向低功率保護(hù)才會(huì)動(dòng)作，程序跳閘正向低功率保護(hù)邏輯框圖如圖5所示。

圖4 程序跳閘逆功率保護(hù)邏輯框圖

圖5 程序跳閘正向低功率保護(hù)邏輯框圖

3 結(jié)論

在大型機(jī)組停機(jī)過程中，若采用程序跳閘方式停機(jī)，一般需要配置熱工保護(hù)、逆功率保護(hù)、程序跳閘逆功率保護(hù)和程序跳閘正向低功率保護(hù)。逆功率保護(hù)雖然不是程序跳閘方式的專用保護(hù)，但在主汽門關(guān)閉異常情況下或機(jī)組已經(jīng)執(zhí)行程序跳閘但主汽門關(guān)閉接點(diǎn)異常時(shí)，可作為后備保護(hù)來執(zhí)行程序跳閘。對(duì)比這幾種保護(hù)配置后，建議在大型機(jī)組微機(jī)保護(hù)中采納熱工保護(hù)、逆功率保護(hù)和程序跳閘正向低功率保護(hù)作為程序跳閘時(shí)的保護(hù)。

由于現(xiàn)在的DCS已經(jīng)不斷完善，熱工系統(tǒng)提供的熱工保護(hù)非電量動(dòng)作接點(diǎn)的可靠性已經(jīng)能滿足發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)的可靠性要求。熱工保護(hù)動(dòng)作原理簡單、回路清晰可靠、動(dòng)作及時(shí)，可作為程序跳閘的主保護(hù)，完成機(jī)、爐、電、熱橫向連鎖保護(hù)，把機(jī)組的受損程度降到最小。這對(duì)于延長機(jī)組壽命，會(huì)起到積極的作用。由于熱工保護(hù)是非電量保護(hù)，當(dāng)機(jī)組斷路器失靈時(shí)，根據(jù)規(guī)程要求，需要通過電氣量保護(hù)啟動(dòng)失靈斷路器，因此，需要配置程序跳閘逆功率保護(hù)或程序跳閘正向低功率保護(hù)作為程序跳閘時(shí)的電氣量保護(hù)。對(duì)比程序跳閘逆功率和程序跳閘正向低功率保護(hù)，由于程序跳閘逆功率保護(hù)對(duì)于模擬量的測量要求很高，在實(shí)際工程配置中會(huì)受到限制，無法達(dá)到模擬量測量的較高要求。定值整定一般需要根據(jù)實(shí)測值進(jìn)行。另外，機(jī)組逆功率工況運(yùn)行比正向低功率運(yùn)行工況復(fù)雜得多，給保護(hù)正確動(dòng)作帶來難度。所以，采用程序跳閘正向低功率保護(hù)比較好。

［1］王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，1996.

［2］GB/T 14285—2006，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］DL/T 684—1999，大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則［S］.