發(fā)電機(jī)組逆功率保護(hù)配置分析及定值整定實(shí)例

王旭

摘 要：文章介紹逆功率對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的危害，分析常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的功率變化情況，并以厄瓜多爾埃斯梅拉達(dá)II期熱電項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的原理及定值整定。

關(guān)鍵詞：逆功率；危害；逆功率保護(hù)；定值整定

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）15-0054-02

Abstract： In this paper， the hazards of reverse power for thermal generator unit are introduced， the power variety of conventional thermal generator unit is analyzed， the principle and setting calculation of generator reverse power protection are illustrated by Ecuador Esmeralda II Thermoelectric Project.

Keywords： reverse power； hazard； reverse power protection； setting calculation

引言

運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)由于各種原因?qū)е略瓌?dòng)機(jī)突然失去原動(dòng)力，而發(fā)電機(jī)未能及時(shí)解列，仍與電網(wǎng)連接，此時(shí)發(fā)電機(jī)將過渡為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，由其帶動(dòng)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)電機(jī)由向電力系統(tǒng)輸出有功功率（有功功率為正數(shù)）轉(zhuǎn)變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收有功功率（有功功率為負(fù)數(shù)），即逆功率。雖然此工況對(duì)發(fā)電機(jī)并無(wú)危害，但對(duì)原動(dòng)機(jī)卻是不利的，其危害主要表現(xiàn)為：對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組而言，高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)尾部葉片與殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦，從而形成鼓風(fēng)損耗，最終因過熱而損壞葉片，因此大容量汽輪機(jī)組不允許在這種異常狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行；對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)機(jī)組而言，其中未燃盡物質(zhì)會(huì)有爆炸和著火危險(xiǎn)，因此該類型機(jī)組也需要配置逆功率保護(hù)。

根據(jù)《GB14285-2006 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》第4.2款規(guī)定，電壓在3kV及以上，容量在600MW級(jí)及以下的發(fā)電機(jī)，應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行狀態(tài)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)。

本文通過分析常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的功率變化情況，并以厄瓜多爾埃斯梅拉達(dá)II期熱電項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的原理及定值整定。

1 發(fā)電機(jī)功率變化

以單元制發(fā)電機(jī)組為例，其發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的連接方式可簡(jiǎn)化為圖1（a）所示，其等值電路如圖1（b）所示。

參考隱極同步發(fā)電機(jī)功-角曲線（如圖2）可知，正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的功角（δ）介于0°至90°之間某一固定值，發(fā)電機(jī)的有功功率P為正值，即發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)發(fā)送有功功率；當(dāng)發(fā)電機(jī)的功角（δ）等于90°時(shí)，發(fā)電機(jī)將發(fā)出最大有功功率Pmax。當(dāng)發(fā)電機(jī)失去原動(dòng)力，理論上發(fā)電機(jī)的功角（δ）為0°，即發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率為0；若此時(shí)發(fā)電機(jī)未能及時(shí)與電網(wǎng)解列，則發(fā)電機(jī)將逐步過渡到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)的功角（δ）為負(fù)，其有功功率P為負(fù)值，發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收有功功率，即逆功率。

2 發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)配置

對(duì)于常規(guī)的火電機(jī)組，為保證原動(dòng)機(jī)在逆功率工況下的安全，需根據(jù)原動(dòng)機(jī)承受逆功率運(yùn)行能力的強(qiáng)弱，裝設(shè)發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)，并通過合理整定保護(hù)定值，以此滿足規(guī)程及設(shè)備的要求。同時(shí)，為防止因電氣故障電流過大導(dǎo)致電流互感器飽和，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作，在發(fā)變組保護(hù)配置中，通常采用5P或10P保護(hù)級(jí)的電流互感器。

常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組配置逆功率保護(hù)和程跳逆功率保護(hù)。

以南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的PCS-985系列發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置為例，其逆功率保護(hù)的邏輯如圖3所示。保護(hù)設(shè)兩段時(shí)限，第一段時(shí)限作用于信號(hào)；第二段時(shí)限作用于停機(jī)出口。

在某些保護(hù)（如過負(fù)荷、過勵(lì)磁、矢磁等）動(dòng)作后，需要程序跳閘時(shí)，該保護(hù)先關(guān)閉主汽門（或主油閥）；而程跳逆功率保護(hù)作為程序跳閘方式的最終執(zhí)行元件，經(jīng)主汽門（或主油門）接點(diǎn)閉鎖和機(jī)組斷路器位置接點(diǎn)閉鎖，延時(shí)動(dòng)作于跳閘。采取程序跳閘方式，可大幅度減小大軸在停機(jī)過程中承受的扭力，能夠有效延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的PCS-985系列發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置程跳逆功率保護(hù)邏輯如圖4所示，其中“斷路器位置接點(diǎn)”“主汽門位置接點(diǎn)”和“逆功率元件動(dòng)作”三判據(jù)為邏輯“與”關(guān)系，程跳逆功率保護(hù)經(jīng)過延時(shí)t出口。

3 發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)整定原則及實(shí)例

3.1 逆功率保護(hù)整定原則

3.1.1 功率元件整定原則

發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)功率元件可按下述原則整定：

Pop=Krel（P1+P2）

式中：Krel為可靠系數(shù)，可取0.5～0.8；P1為原動(dòng)機(jī)在逆功率工況下的最小損耗，通常取額定功率的1%～4%；P2為發(fā)電機(jī)在逆功率工況下的最小損耗，通常取P2≈（1-η） Pgn，其中η為發(fā)電機(jī)效率，一般取98.6%～98.7%（分別對(duì)應(yīng)300MW及600MW），Pgn為發(fā)電機(jī)額定功率。

所以，逆功率保護(hù)動(dòng)作功率定值Pop一般整定為（0.5%～2%）Pgn，并應(yīng)根據(jù)主汽門（或主油門）關(guān)閉時(shí)保護(hù)裝置的實(shí)測(cè)逆功率值進(jìn)行校核。

3.1.2 時(shí)間元件整定原則

其延時(shí)分兩段：延時(shí)15s動(dòng)作于信號(hào)；根據(jù)原動(dòng)機(jī)允許的逆功率運(yùn)行時(shí)間，可取1min～3min動(dòng)作于解列。

3.2 程跳逆功率保護(hù)整定原則

3.2.1 功率元件整定原則

整定原則同逆功率保護(hù)“3.1.1 功率元件整定原則”。

3.2.2 時(shí)間元件整定原則

延時(shí)1.0s～1.5s動(dòng)作于解列。

3.3 逆功率保護(hù)整定實(shí)例

厄瓜多爾埃斯梅拉達(dá)II期熱電項(xiàng)目為12臺(tái)8350kW柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)為ABB生產(chǎn)的AMG 1120MP12 DSE型同步發(fā)電機(jī)，配置南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的PCS-985G發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。

基于《GB14285-2006 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》第4.2款規(guī)定，開放PCS-985G發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的“發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)”及“發(fā)電機(jī)程跳逆功率保護(hù)”，并做整定計(jì)算如下。

3.3.1 功率元件整定

參考“3.1.1 功率元件整定原則”，逆功率保護(hù)及程跳逆功率保護(hù)的功率元件定值按下式計(jì)算：

Pop=Krel（P1+P2）=0.5×（1%+2.95%）Pgn=1.975%Pgn

式中：Krel為可靠系數(shù)，取Krel=0.5；P1為原動(dòng)機(jī)在逆功率工況下的最小損耗，P1=1%Pgn；P2為發(fā)電機(jī)在逆功率工況下的最小損耗，P2=（1-97.05%）Pgn=2.95%Pgn。

此處，取Pop=2%Pgn

3.3.2 時(shí)間元件整定

逆功率保護(hù)延時(shí)15s動(dòng)作于信號(hào)；延時(shí)1min動(dòng)作于解列。

程跳逆功率保護(hù)延時(shí)1.0s動(dòng)作于解列。

經(jīng)機(jī)組調(diào)試試運(yùn)行階段考核，此定值能夠滿足保護(hù)要求，能夠有效保護(hù)該機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于常規(guī)的火力發(fā)電機(jī)組，有必要配置功能完善的發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)裝置，通過合理整定其保護(hù)定值，從而滿足相關(guān)規(guī)程及設(shè)備運(yùn)行的要求，保護(hù)原動(dòng)機(jī)不受到損壞，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T 684-2012.大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].

北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[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].北京：中國(guó)電力出版社，2006.