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)、大型機組方向發(fā)展，大型發(fā)電機組的造價越來越高，對機組保護的要求也越來越高。機組在運行過程中難免會有啟、停操作，對于運行中的機組，在停機過程中，不管是正常操作停機還是事故跳閘停機，都需要采用科學的方法，否則，會使機組產(chǎn)生無法挽回的損失?，F(xiàn)在，大型機組停機一般采用程序跳閘和事故全停的方式。事故全停是在機組電氣設(shè)備出現(xiàn)嚴重故障時，才會采用的方式。在機組正常停機過程中，機、爐系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障或者電氣設(shè)備出現(xiàn)異常情況時，一般會采用程序跳閘的方式停機。

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

1 程序跳閘

程序跳閘是機組保護的一種停機方式，是由機組保護發(fā)關(guān)主汽門命令，或機、爐系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障引發(fā)熱工保護動作關(guān)閉主汽門，當主汽門關(guān)閉后，再反饋給機組保護，機組保護再動作出口全停。程序跳閘方式可防止汽輪機發(fā)生超速飛車事故，有利于機組安全、平穩(wěn)停機。

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

2 保護配置

2.1 熱工保護

大型發(fā)電機組均設(shè)計有嚴謹?shù)臋C、爐、電、熱橫向連鎖保護以及各自設(shè)備(包括輔機)的相關(guān)熱工保護，可確保機組正常、安全運行。大型發(fā)電機組保護中的熱工保護，是為實現(xiàn)機、爐、電、熱橫向連鎖保護而配置的，它是機組在電氣部分實現(xiàn)的熱工保護功能的擴展。

以國內(nèi)某電廠600 MW火電機組為例，其發(fā)電機變壓器組保護中的熱工保護配置在非電量保護E屏中，當機、爐、電、熱橫向連鎖保護動作或其他因素造成主汽門關(guān)閉時，熱工分散控制系統(tǒng)(DCS)發(fā)出機組跳電氣命令，通過非電量接點開入到發(fā)電機變壓器組非電量保護E屏1EX43端子，啟動K24E熱工保護中間繼電器，再通過K24E中間繼電器動作輸出 2副常開接點串聯(lián)啟動 K186E，K186E1，K186E2全停II保護出口繼電器出口全停。熱工保護不設(shè)延時。熱工保護回路如圖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”、“汽機未掛閘”3個條件相與后，熱工DCS才發(fā)出機組跳電氣命令，充分保證熱工保護動作的正確性、可靠性。熱工DCS機跳電邏輯框圖如圖2所示。

2.2 逆功率保護、程序跳閘逆功率保護

逆功率保護是由于各種原因而停止供給原動機能量，與電力系統(tǒng)并列運行的發(fā)電機轉(zhuǎn)為從系統(tǒng)吸取能量來驅(qū)動原動機運轉(zhuǎn)的電動機時，針對原動機配置的保護。對于汽輪機發(fā)電機組，由于主汽門關(guān)閉后轉(zhuǎn)子和葉片的旋轉(zhuǎn)會引起風損，逆功率運行時，風損產(chǎn)生的熱量不能被帶走，使汽輪機葉片過熱而造成損壞。對于燃氣輪機機組，當機組由發(fā)電機運行方式轉(zhuǎn)為電動機運行方式時，有可能損壞驅(qū)動齒輪。燈泡式和斜流式等低水頭水輪機在逆功率運行時，也會使轉(zhuǎn)子葉片損壞。所以，各種機組均裝設(shè)逆功率保護裝置，在機組失去原動力時對原動機進行保護。在機組正常停機或事故停機過程中，都會失去原動力，此時，對于汽輪機組而言，逆功率保護可作為后備保護，對于燃氣輪機、水輪機等機組而言，逆功率保護可作為主保護來配置。

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

圖3 逆功率保護邏輯框圖

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

2.3 程序跳閘正向低功率保護

程序跳閘正向低功率保護是近些年才在機組保護中應(yīng)用的一種程序跳閘保護，它與程序跳閘逆功率保護邏輯類似，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由“機組正向低功率保護元件”、“機端PT斷線閉鎖元件”、“機端低電壓閉鎖元件”、“主汽門關(guān)閉”、“斷路器輔助接點”5個條件相與后再經(jīng)一段延時動作出口停機，一般設(shè)一段時限，延時0.1s左右即可。正向低功率保護元件的計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，采用保護級CT，PT繞組即可。機組程序跳閘時，當主汽門關(guān)閉后，機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動作。PT斷線及機端低電壓閉鎖元件用來保證機組在機端PT斷線及機組未啟動時保護不誤動，而斷路器輔助接點判據(jù)用來判別機組是否并網(wǎng)(如機組在未并網(wǎng)空載狀態(tài)，保護仍然不會誤動)。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)，只有在機組主汽門關(guān)閉后，程序跳閘正向低功率保護才會動作，程序跳閘正向低功率保護邏輯框圖如圖5所示。

圖4 程序跳閘逆功率保護邏輯框圖

圖5 程序跳閘正向低功率保護邏輯框圖

3 結(jié)論

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

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

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

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

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