發(fā)電機零功率保護切機裝置的應(yīng)用

苗春華

(云南大唐國際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 開遠 661600)

發(fā)電機零功率保護切機裝置的應(yīng)用

苗春華

(云南大唐國際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 開遠 661600)

當(dāng)電廠進出線路事故跳閘或者開關(guān)偷跳，機組的有功功率突降至0時，會造成汽輪機組超速、機組過電壓。介紹機組保護存在的問題，分析加裝零功率保護切機裝置的必要性及其工作原理，提出加裝零功率保護切機裝置的改造方案。實際應(yīng)用效果表明，該裝置可防止汽輪機超速、端電壓上升，達到安全停機的目的。

汽輪發(fā)電機組；零功率保護；超速；過電壓；滅磁

0 概述

某公司2臺300 MW機組于2006年相繼投運。2臺機組均采用發(fā)電機-變壓器-線路組單元接線方式，汽輪機為亞臨界機組，系統(tǒng)設(shè)置2條出線(唐紅I回線、唐紅II回線)，接入220 kV紅河開關(guān)站，電廠不設(shè)升高電壓母線，不裝發(fā)電機出口斷路器，采用單一走廊同桿并架設(shè)計方案。1號機主接線如圖1所示。

圖1 1號機主接線示意

1 機組保護存在的問題

當(dāng)發(fā)生下列故障時，線路保護動作方式只跳線路側(cè)斷路器，機組保護不能動作，不跳發(fā)電機，不關(guān)主汽門，鍋爐不滅火。

(1) 對側(cè)變電站母線故障或其他原因?qū)е聦?yīng)的線路停電。

(2) 斷路器失靈保護動作。

(3) 本側(cè)及對側(cè)開關(guān)偷跳、誤跳。

(4) 控制及保護等自動裝置誤動作。

(5) 系統(tǒng)解列保護停線未停機。

(6) 其他原因造成的發(fā)電廠輸電通道斷開，發(fā)電機不能全停。

2 加裝零功率保護切機裝置的必要性

隨著我國特高壓、大電網(wǎng)的建成，在電力輸送通道建設(shè)中大量采用了緊湊型線路、同桿架設(shè)、遠距離輸電、串聯(lián)補償、中間開關(guān)站等各種技術(shù)，減少了線路數(shù)量，節(jié)約了線路走廊。這些新技術(shù)的使用，為功率的穩(wěn)定輸出提供了有效的保證；但也造成輸電線路故障增多，導(dǎo)致機組無法輸出功率，對機組熱力設(shè)備等產(chǎn)生危害和不良影響。

大型汽輪機組多為超臨界或超超臨界機組，由于其蒸汽參數(shù)高、流量大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量大，當(dāng)機組滿載情況下發(fā)生正功率突降(如唯一的送出線發(fā)生故障跳開等)時，機組轉(zhuǎn)速會迅速上升，主變高壓側(cè)電壓會迅速升高，鍋爐水位會急劇波動。此時，由于一般的機組保護不能動作，發(fā)電機不能滅磁、鍋爐不能滅火，汽輪機超速保護將針對超速進行保護和控制。當(dāng)機組功率突降為0時，汽輪機轉(zhuǎn)速上升，OPC(Over speed Protect Controller，超速保護控制單元)保護103 %超速動作并快速關(guān)閉高中壓調(diào)節(jié)汽門，隨后轉(zhuǎn)速開始下降，機組從超壓、超頻逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l。當(dāng)轉(zhuǎn)速降到2 950 r/min時，調(diào)節(jié)汽門重新開啟，轉(zhuǎn)速再次上升。在此過程中，DEH處于自動狀態(tài)，容易出現(xiàn)反復(fù)“振蕩”現(xiàn)象，甚至可能出現(xiàn)頻率擺動過程，對汽輪機葉片也會造成傷害。因此，當(dāng)發(fā)生汽輪機組正功率突降時，如不及時采取鍋爐熄火、關(guān)閉主汽門、滅磁等一系列措施，必將嚴(yán)重威脅機組安全，甚至損壞熱力設(shè)備?？梢姡诖笮蜋C組上應(yīng)用功率突降切機裝置是十分必要的。

近些年來，個別電廠已出現(xiàn)因電廠輸出功率突然缺失而導(dǎo)致發(fā)電機組熱力設(shè)備不同程度損壞的事件。如：江蘇沙洲電廠600 MW機組鍋爐因輸出功率缺失而爆管；陜西府谷電廠600 MW機組、河北滄東電廠600 MW機組功率缺失后未能快速穩(wěn)定停機；廣東某電廠6臺135 MW機組功率缺失后導(dǎo)致孤立網(wǎng)系統(tǒng)振蕩，直至瓦解。

該公司主系統(tǒng)接入方式易因線間故障等多種原因造成機組無法輸出功率，解列不停機，引起汽輪機超速，對機組熱力設(shè)備等產(chǎn)生危害和影響。因此，提出了加裝零功率保護切機裝置的改造方案。

3 零功率保護切機裝置工作原理

零功率保護切機裝置工作原理：利用正向功率突降過程中的電氣特性，如電流突降、電壓突增、頻率突增、有功功率突降等構(gòu)成邏輯判據(jù)。當(dāng)機組在調(diào)速系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)正常運行時，如果突然甩負荷，發(fā)電機各電氣量會發(fā)生變化，可根據(jù)變化量來判別是正常停機還是異常事故。零功率保護切機裝置動作后，迅速切換廠用電并對發(fā)電機滅磁，同時作用于鍋爐滅火保護“MFT”和汽機緊急跳閘保護“ETS”。對于個別有條件安裝FCB(Fast Cut Back，負荷快速切回)功能的電廠，可動作于啟動FCB功能，將機組穩(wěn)定于帶廠用電解列運行狀態(tài)；待輸電通道恢復(fù)后可快速并網(wǎng)，以此起到防止汽輪機轉(zhuǎn)速飛升，快速滅磁防止端電壓升高的作用。

發(fā)電機零功率切機裝置采集發(fā)變組單元的電壓和電流量構(gòu)成保護判據(jù)，由啟動判據(jù)、動作判據(jù)、閉鎖判據(jù)3部分組成，無需任何開關(guān)輔助接點，具有突出的優(yōu)勢。

其中，啟動判據(jù)為：系統(tǒng)側(cè)任一相電壓突增且大于定值2.1 V；或機端側(cè)任一相電壓突增且大于1.27 V；或任一相頻率突增且大于定值0.7 Hz，同時有功功率大于25 % Pn且負序電壓閉鎖條件滿足時，保護裝置啟動。

動作判據(jù)為功率突降為15 % Pn(作為零功率)，系統(tǒng)側(cè)、機端均過壓且大于49 V，主變高壓側(cè)電流突降且突降量大于定值0.7 A，任意2相機端低電流小于0.68 A，滿足機端負序電壓、系統(tǒng)側(cè)負序電壓均小于3.5 V時，裝置動作出口，經(jīng)延時0.1 s后出口全停。

該裝置優(yōu)點如下：

(1) 純電氣量判據(jù)，可靠性高；

(2) 完善的保護判據(jù)，采用功率、頻率、電壓等綜合判據(jù)，設(shè)計合理，判據(jù)完善；

(3) 多重輔助判據(jù)，可防止PT或CT斷線造成誤動。

該裝置邏輯如圖2所示。

圖2中:PG表示發(fā)電機有功功率;Pset2表示電發(fā)機正向低功率定值;ΔIt1表示主變高壓側(cè)電流突降量;ΔIt1set表示主變高壓側(cè)電流突降定值;Ifa、Ifb和Ifc為發(fā)電機各相電流;Iψset為發(fā)電機機端低電流定值；Ut1和Uf1為主變高壓側(cè)和發(fā)電機正序電壓;U1set為正序電壓定值1;Ut2和Uf2為主變高壓側(cè)和發(fā)電機負序電壓;U2set為負序電壓閉鎖定值2。

4 改造方案及注意事項

4.1 改造方案

加裝發(fā)電機零功率保護功機裝置作為發(fā)變組保護的補充，其改造方案如下。

(1) 零功率保護切機裝置機端電壓取自于發(fā)變組B套保護，并聯(lián)而成；零功率保護切機裝置機端電流取自于發(fā)變組B套保護，串聯(lián)而成。B套保護是國電南京自動化公司生產(chǎn)的保護屏。

(2) 系統(tǒng)側(cè)電壓取自于B套保護，并聯(lián)而成；系統(tǒng)側(cè)電流取自于B套保護，串聯(lián)而成。

4.2 切機方案

國內(nèi)學(xué)者普遍將大學(xué)生“蟻族”定義為具有高智、弱小、群居等特點的大學(xué)畢業(yè)生，他們的生活環(huán)境差、生活水平不高。然而這樣的定義有失偏頗，筆者認為可以將具有這些特點的大學(xué)畢業(yè)生分為兩種：一種是“被蟻族”的大學(xué)畢業(yè)生，這一部分畢業(yè)生不悲觀于眼前的狀況，甚至對未來充滿希望，他們認為“蟻族”只是人們給予他們的標(biāo)簽，他們自身并不認可這一標(biāo)簽；而另一種則是“蟻族”大學(xué)畢業(yè)生，這一部分大學(xué)畢業(yè)生盲目選擇城市與工作之后，陷于理想與現(xiàn)實的矛盾沖突中，帶有悲觀情緒，對未來越發(fā)迷茫。在本文中筆者將重點討論第二種“蟻族”大學(xué)畢業(yè)生。

由于該公司機組接線方式簡單，為單元接線機組，沒有出口斷路器，沒有母聯(lián)開關(guān)，所以出口方式也比較簡單。當(dāng)零功率保護切機裝置動作后，作用于全停，切換廠用電、滅磁，同時關(guān)主汽門并啟動機爐聯(lián)鎖(防止機組轉(zhuǎn)速飛升)。

4.3 注意事項

(1) 零功率保護切機裝置投運前，先將裝置投信號位(跳閘出口壓板退出)，運行2個月后，如無異常，即可投跳閘。

(2) 零功率保護切機裝置正式投入運行后，在鍋爐壓火前或者機組進行甩負荷試驗時，需要將零功率保護功能壓板及跳閘出口壓板退出，防止負荷突降引起零功率保護誤動作。

(3) 在正常運行過程中，如果需要對零功率保護切機裝置單獨進行試驗或二次回路有故障時，應(yīng)退出零功率保護出口跳閘壓板，防止誤動作。

5 零功率保護切機裝置實際應(yīng)用效果

安裝零功率保護切機裝置1年后，發(fā)生了由于系統(tǒng)側(cè)電壓電流的波動，引起零功率保護啟動的現(xiàn)象。經(jīng)過與廠家溝通，對保護定值進一步核查、審核，最后對裝置進行升級，由1.00版本升級為1.10版本。升級后的版本增加了保護抗干擾等功能，該裝置目前運行良好，起到了可靠的保護作用。

6 結(jié)論

防止汽輪機超速是重點反措項目，是保證機組安全的一個重要方面。大型發(fā)電機組均應(yīng)裝設(shè)零功率保護切機裝置，作為防止汽輪機組超速、端電壓上升的一個必備手段。

1 喬永成，寇海榮，王云輝，等．發(fā)電機零功率保護[J]．電力自動化設(shè)備，2011，31(5)：14-151．

國家能源局發(fā)布2017年2月份全社會用電量

2月，全社會用電量4 488億kWh，同比增長17.2 %。

1—2月，全國全社會用電量累計9 356億kWh，同比增長6.3 %。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)用電量134億kWh，同比增長12.0 %；第二產(chǎn)業(yè)用電量6 327億kWh，增長6.7 %；第三產(chǎn)業(yè)用電量1 428億kWh，增長7.3 %；城鄉(xiāng)居民生活用電量1 467億kWh，增長3.5 %。

1—2月，全國發(fā)電設(shè)備累計平均利用小時為578 h，同比增加3 h。其中，水電設(shè)備平均利用小時為397 h，減少49 h；火電設(shè)備平均利用小時為678 h，增加21 h。

1—2月，全國電源新增生產(chǎn)能力(正式投產(chǎn))1 614萬kW。其中，水電192萬kW，火電787萬kW。

（來源：國家能源局網(wǎng)站 2017-03-20）

2016-08-06；

2016-11-01。

苗春華(1974—)，女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置的研究工作，email：miaoch3044@sina.com。