600 MW機(jī)組零功率保護(hù)未動(dòng)作原因分析

蔡美峰

（大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

1 故障簡(jiǎn)述

1.1 事故前系統(tǒng)運(yùn)行方式

1、2、3、4、5、6、7、8 號(hào)機(jī)組運(yùn)行，陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線運(yùn)行。500 kV 升壓站第一、二、三、四、五串合環(huán)運(yùn)行。安控系統(tǒng)方式一（正常運(yùn)行方式）運(yùn)行。全廠機(jī)端出力2 292 MW，上網(wǎng)出力2 090 MW，陽(yáng)東Ⅰ線潮流為673 MW，陽(yáng)東Ⅱ線潮流為709 MW，陽(yáng)東Ⅲ線潮流為708 MW。

1.2 事故現(xiàn)象及保護(hù)、自動(dòng)裝置動(dòng)作情況

8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒，陽(yáng)東Ⅰ線第二套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A 接收遠(yuǎn)跳信號(hào)三相跳閘。8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒，陽(yáng)東Ⅱ線第一套、第二套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A接收遠(yuǎn)跳信號(hào)三相跳閘。8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒，陽(yáng)東Ⅲ線第二套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A 接收遠(yuǎn)跳信號(hào)三相跳閘。

1.2.1 安全穩(wěn)定控制裝置動(dòng)作情況

陽(yáng)城電廠陽(yáng)城安控系統(tǒng)穩(wěn)定切機(jī)裝置第一套為主運(yùn)，陽(yáng)城電廠陽(yáng)城安控系統(tǒng)穩(wěn)定切機(jī)裝置第二套為輔運(yùn)。8 月09 日03 點(diǎn)22 分30 秒，陽(yáng)城電廠陽(yáng)城安控系統(tǒng)穩(wěn)定切機(jī)裝置第一套、第二套啟動(dòng)，無(wú)故障判據(jù)。

1.2.2 陽(yáng)東線路保護(hù)故障信息報(bào)告

8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒530 ms，陽(yáng)東Ⅰ線第二套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A 裝置接收遠(yuǎn)跳信號(hào)，發(fā)三相跳閘命令；5012、5013 三相跳閘，陽(yáng)東Ⅰ線跳閘。

8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒492 ms，陽(yáng)東Ⅱ線第一套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A 裝置接收遠(yuǎn)跳信號(hào)，發(fā)三相跳閘命令；8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒490 ms，陽(yáng)東Ⅱ線第二套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A 裝置接收遠(yuǎn)跳信號(hào)，發(fā)三相跳閘命令；5022、5023 三相跳閘，陽(yáng)東Ⅱ線跳閘。

8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒530 ms，陽(yáng)東Ⅲ線第二套遠(yuǎn)跳及就地判據(jù)RCS-925A 裝置接收遠(yuǎn)跳信號(hào)，發(fā)三相跳閘命令；5032、5033 三相跳閘，陽(yáng)東Ⅲ線跳閘。

1.2.3 機(jī)組保護(hù)動(dòng)作情況及時(shí)序表

1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)、6 號(hào)、8 號(hào) 機(jī) 組 零 功 率保護(hù)動(dòng)作，7 號(hào)機(jī)組超速保護(hù)動(dòng)作機(jī)組跳閘。1）8 月9 日03點(diǎn)22 分38 秒765 ms，1 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5011 開(kāi)關(guān)；2）8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒877 ms，2 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5014 開(kāi)關(guān)；3）8 月9 日03點(diǎn)22 分38 秒711 ms，3 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5021 開(kāi)關(guān)；4）8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒708 ms，4 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5024 開(kāi)關(guān)；5）8 月9 日03點(diǎn)22 分38 秒700 ms，5 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5031 開(kāi)關(guān)；6）8 月9 日03 點(diǎn)22 分38 秒874 ms，6 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5034 開(kāi)關(guān)；7）8 月9 日03點(diǎn)22 分39 秒893 ms，7 號(hào)機(jī)組超速保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5041 開(kāi)關(guān)、5043 開(kāi)關(guān)；8）8 月9 日03 點(diǎn)22 分39 秒186 ms，8 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)動(dòng)作于全停，跳開(kāi)5051 開(kāi)關(guān)、5053 開(kāi)關(guān)。

2 線路跳閘前后，各線路及各機(jī)組功率波形分析

2.1 陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線故障情況分析

通過(guò)錄波圖可知如下情況。1）陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線同時(shí)跳閘。2）在陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線跳閘之前約530 ms（27 個(gè)周波），系統(tǒng)B 相電流突然消失。3）在B 相電流消失前約160 ms（8個(gè)周波），出現(xiàn)零序電流，判斷系統(tǒng)出現(xiàn)B 相接地故障[1]。4）在陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線跳閘前690 ms（35 個(gè)周波）開(kāi)始，線路電流幅值出現(xiàn)擺動(dòng)。5）在陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線跳閘前690 ms 開(kāi)始，陽(yáng)東Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線功率波形均出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，特別是在B 相電流消失時(shí)，3 條線路的功率均出現(xiàn)了大幅下降后又緩慢回升擺動(dòng)。

2.2 1號(hào)～8號(hào)發(fā)電機(jī)及廠用電源有功

8 臺(tái)機(jī)組在線路跳閘前690 ms 開(kāi)始，有功功率均出現(xiàn)了較大擺動(dòng)，擺動(dòng)趨勢(shì)與線路有功功率擺動(dòng)趨勢(shì)一致，廠用電有功負(fù)荷基本穩(wěn)定。在線路跳閘后（T1 時(shí)刻），8 臺(tái)機(jī)組各自有功功率仍在擺動(dòng)，但廠用電功率仍然穩(wěn)定，即在線路跳開(kāi)后短時(shí)間內(nèi)（235 ms。12 個(gè)周波），8 臺(tái)發(fā)電機(jī)組通過(guò)500母線連成一個(gè)孤島，8 臺(tái)發(fā)電機(jī)組所發(fā)總的有功與8 臺(tái)發(fā)電機(jī)組總的廠用電有功相平衡，機(jī)組功率通過(guò)500 母線仍然延續(xù)擺動(dòng)。由錄波圖可知2 點(diǎn)。1）在線路跳閘后2 號(hào)、6 機(jī)組發(fā)電機(jī)所發(fā)有功遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于各自的廠用電源有功，而3 號(hào)、4、5 機(jī)組發(fā)電機(jī)所發(fā)功率均低于各自所用廠用電有功。2）7 號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)所發(fā)有功遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自身廠用電有功，而8 號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)所發(fā)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自身所需廠用有功水平。即2 號(hào)、6號(hào)、7 號(hào)機(jī)組發(fā)出的有功通過(guò)500 母線為3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)、8 號(hào)機(jī)組提供了部分或全部的廠用電功率[2]。

該過(guò)程簡(jiǎn)述如下，系統(tǒng)出現(xiàn)故障（出現(xiàn)零序電流），線路及機(jī)組功率開(kāi)始擺動(dòng)，持續(xù)160 ms，系統(tǒng)故障發(fā)生轉(zhuǎn)換（B相電流消失），線路及機(jī)組功率擺動(dòng)加劇，又持續(xù)530 ms，線路跳閘，機(jī)組功率突降后仍然擺動(dòng)，持續(xù)235 ms 后，機(jī)組開(kāi)始跳閘。當(dāng)線路跳閘電廠處在孤島運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)組功率擺動(dòng)，8 臺(tái)機(jī)組之間出現(xiàn)了互帶廠用電源的現(xiàn)象，8 號(hào)機(jī)組廠用電幾乎全部由7 號(hào)機(jī)組來(lái)帶。

通過(guò)對(duì)各臺(tái)機(jī)組跳閘時(shí)序進(jìn)行分析可知，8 臺(tái)機(jī)組中2號(hào)機(jī)組和6 號(hào)機(jī)組跳閘最晚，在線路跳閘后200 ms 內(nèi)機(jī)組的出力也最大，而7 號(hào)機(jī)組比8 號(hào)機(jī)組跳閘要晚，7 號(hào)機(jī)組在線路跳閘后200 ms 內(nèi)的出力也大。

2.3 8號(hào)主變電流向量分析

8 號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)A 相電壓、主變A 相電流、主變A 相電壓的相量與瞬時(shí)值波形。主變高壓側(cè)A 相電流超前發(fā)電機(jī)A 相電壓134°，主變高壓側(cè)A 相電壓滯后發(fā)電機(jī)A 相電壓電角度為30°。

8 號(hào)機(jī)組在線路出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)電機(jī)A 相電壓、主變A 相電流、主變A 相電壓的相量與瞬時(shí)值波形。從線路發(fā)生故障到線路跳閘期間，主變高壓側(cè)A 相電流超前發(fā)電機(jī)A 相電壓98°，主變高壓側(cè)A 相電壓滯后發(fā)電機(jī)A 相電壓電角度為38°。

8 號(hào)機(jī)組在線路跳閘時(shí)發(fā)電機(jī)A 相電壓、主變A 相電流、主變A 相電壓的相量與瞬時(shí)值波形。主變高壓側(cè)A 相電流滯后發(fā)電機(jī)A 相電壓82°，主變高壓側(cè)A 相電壓滯后發(fā)電機(jī)A 相電壓電角度為29°。

由此可以看出，在線路跳閘時(shí)，8 號(hào)主變高壓側(cè)電流的角度由超前98°變?yōu)闇?2°，變化了180°，說(shuō)明8 號(hào)機(jī)組的廠用電源在輸出線路全部跳閘部分或全部來(lái)自其他機(jī)組。

3 零功率保護(hù)未動(dòng)作情況分析

3.1 發(fā)變組保護(hù)配置及邏輯

發(fā)變組保護(hù)采用SIMENS（西門子）發(fā)變組保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置沒(méi)有專門針對(duì)與并網(wǎng)系統(tǒng)弱聯(lián)系的機(jī)組的零功率保護(hù)。鑒于電廠為遠(yuǎn)距離輸電項(xiàng)目，在電網(wǎng)中的特殊電氣位置，在機(jī)組保護(hù)裝置上增加了為防止線路掉閘造成汽輪機(jī)超速防止的保護(hù)，稱為零功率保護(hù)。采用保護(hù)內(nèi)部標(biāo)配的功率保護(hù)來(lái)設(shè)定功率高值Pf＞定值及功率低值Pf＜定值，然后使用CFC 邏輯搭接而成，當(dāng)發(fā)電機(jī)功率大于功率高值定值后，展寬1 s，在1 s 內(nèi)發(fā)電機(jī)功率小于功率低值定值時(shí)，保護(hù)延時(shí)出口。

3.2 7號(hào)機(jī)保護(hù)動(dòng)作分析

該次線路掉閘時(shí)，8 號(hào)機(jī)組在線路跳閘后發(fā)電機(jī)出口功率瞬間下降至69 MW 以下保護(hù)正常動(dòng)作。而7 號(hào)機(jī)組在線路跳閘后發(fā)電機(jī)出口功率瞬間降至80 MW 左右，且保持了520 ms，即7 號(hào)機(jī)組的零功率保護(hù)不滿足動(dòng)作條件，當(dāng)8 號(hào)機(jī)組廠用電源切換完畢后，7 號(hào)機(jī)出口功率下降至零功率保護(hù)低值以下，零功率保護(hù)低值啟動(dòng)170 ms 后機(jī)組超速保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)發(fā)變組熱工保護(hù)機(jī)組跳閘，主汽門接點(diǎn)閉鎖零功率保護(hù)，因此7 號(hào)機(jī)組零功率保護(hù)始終未動(dòng)作。

4 預(yù)防措施

4.1 修改保護(hù)定值

調(diào)整零功率保護(hù)功率定值及動(dòng)作時(shí)間以防止保護(hù)拒動(dòng)，如提高低功率定值，縮短保護(hù)出口時(shí)間等，可以使保護(hù)動(dòng)作更靈敏，動(dòng)作速度更快。但這樣做的同時(shí)增加了機(jī)組正常運(yùn)行期間零功率保護(hù)誤動(dòng)的概率，如系統(tǒng)原因引起的負(fù)荷波動(dòng)時(shí)就可能引起保護(hù)誤動(dòng)，因此單純修改零功率保護(hù)定值并不可取。

4.2 完善保護(hù)邏輯

對(duì)目前投運(yùn)的專門針對(duì)與系統(tǒng)弱聯(lián)系機(jī)組研制的的零功率保護(hù)進(jìn)行調(diào)研，有的零功率保護(hù)動(dòng)作邏輯除了功率突降判據(jù)外，還有其他零功率特征量如頻率突變量，高壓側(cè)電壓突變量等作為判據(jù)，這就放寬了功率定值整定范圍，避免機(jī)組正常運(yùn)行功率擾動(dòng)時(shí)零功率保護(hù)誤動(dòng)，而在真正發(fā)生故障時(shí)保護(hù)能可靠動(dòng)作。

經(jīng)過(guò)充分論證，對(duì)原有的零功率保護(hù)邏輯做了進(jìn)一步的完善，為了在保護(hù)定值保證發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)可靠不誤動(dòng)，增加頻率高值（f ＞50.5 Hz）延時(shí)開(kāi)放零功率保護(hù)功能。在原有發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)帶停爐不停機(jī)閉鎖功能邏輯的基礎(chǔ)上再增加過(guò)頻定值，用于開(kāi)放零功率保護(hù)，同時(shí)將高功率定值展寬時(shí)間由1 s 修改為300 ms。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障，或者其他原因造成并網(wǎng)開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速將上升，頻率升高，開(kāi)放零功率保護(hù)。而其他原因造成負(fù)荷擺動(dòng)時(shí)，由于頻率條件不滿足，零功率保護(hù)不開(kāi)放。基于以上邏輯修改，可將零功率保護(hù)低值適當(dāng)提高，并縮短保護(hù)出口動(dòng)作時(shí)間，從而使零功率保護(hù)能夠在需要的情況下可靠動(dòng)作。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)陽(yáng)城電廠8 臺(tái)機(jī)組及3 回線路的錄波器及保護(hù)波形分析，并結(jié)合零功率保護(hù)定值及邏輯分析可知：

由于系統(tǒng)故障690 ms 后線路才掉閘，導(dǎo)致從系統(tǒng)故障到線路跳閘期間線路輸送功率及8 臺(tái)機(jī)組輸出功率同時(shí)出現(xiàn)擺動(dòng)，在線路故障跳閘后由于機(jī)組有功仍然在擺動(dòng)，各機(jī)組出力與各自廠用電負(fù)荷不一致，出現(xiàn)了互帶廠用電現(xiàn)象；在線路故障跳閘時(shí)7 號(hào)機(jī)組承擔(dān)了8 號(hào)機(jī)組的廠用電源負(fù)荷，7號(hào)發(fā)電機(jī)有功功率變化不滿足零功率保護(hù)動(dòng)作條件，7 號(hào)機(jī)組2 套發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)均未動(dòng)作。