林長鵬，張曉亮，張寶紅

(遼寧大唐國際錦州熱電有限責(zé)任公司，遼寧錦州121017)

目前，很多新建電廠出線均采用“同桿并架”設(shè)計(jì)方式，節(jié)省了大量經(jīng)濟(jì)成本，但增加了雙回線路出現(xiàn)故障的幾率，如桿塔倒塌、雙回出線線間故障等。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，將直接導(dǎo)致機(jī)組與系統(tǒng)解列。此時(shí)如未加裝安穩(wěn)裝置或零功率切機(jī)裝置直接導(dǎo)致機(jī)組不能快速停機(jī)，勢必對機(jī)組安全造成重大威脅。國內(nèi)多個(gè)電廠曾發(fā)生輸電通道突然斷開而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備不同程度損壞的事件，如陜西府谷電廠600 MW機(jī)組、河北滄東電廠600 MW機(jī)組等功率缺失后未能快速穩(wěn)定停機(jī)，廣東某電廠6臺135 MW機(jī)組功率缺失后導(dǎo)致孤立網(wǎng)系統(tǒng)振蕩，直至瓦解［1］。因此，為了解決大型汽輪機(jī)組出現(xiàn)功率突降及機(jī)組過壓、過頻問題，應(yīng)對零功率保護(hù)進(jìn)行正定計(jì)算，以避免熱力設(shè)備損壞。本文以南瑞繼保公司RCS－985UP裝置結(jié)合某廠300 MW機(jī)組火力發(fā)電機(jī)組為實(shí)例，給出整定計(jì)算方法及過程。

1 阻抗參數(shù)計(jì)算

某廠300MW機(jī)組火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備參數(shù)如表1、表2、表3 所示。

由上述表中給出的數(shù)據(jù)得到發(fā)電機(jī)阻抗參數(shù)為

主變阻抗參數(shù)為

表1 發(fā)電機(jī)參數(shù)

表2 主變壓器參數(shù)

表3 各電壓等級的基準(zhǔn)值

2 保護(hù)定值計(jì)算

2.1 保護(hù)基本參數(shù)

2.1.1 發(fā)電機(jī)額定電流計(jì)算

發(fā)電機(jī)一次額定電流為

發(fā)電機(jī)二次額定電流為

2.1.2 主變額定電流計(jì)算

主變高壓側(cè)一次額定電流為

主變高壓側(cè)二次額定電流為

2.2 起動判據(jù)的整定

2.2.1 頻率突增定值的整定依據(jù)

由于發(fā)電機(jī)總轉(zhuǎn)動慣量(發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)等)實(shí)際參數(shù)收集不到，依保護(hù)設(shè)計(jì)人員建議，按照大型火電機(jī)組慣性常數(shù)一般為M=10 s進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)發(fā)電機(jī)最小功率為Pg=25%Pn時(shí)，發(fā)電機(jī)功率突降到零時(shí)的df/dt值為

考慮頻率上升過程中調(diào)速器(DEH)的作用，df/dt元件應(yīng)有較高的靈敏度，取靈敏系數(shù)為3，則 df/dt=0.353 Hz/s，即△Fset=0.35。

2.2.2 電壓突增定值的整定依據(jù)

發(fā)電機(jī)正功率突降后，無功功率在發(fā)電機(jī)電抗和主變電抗上的電壓消失，在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器來不及反應(yīng)，故引起主變高壓側(cè)和發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓突升。

正功率突降引起主變高壓側(cè)正序電壓突升ΔU1，則ΔU1的標(biāo)么值為

式 中φk為 額 定 功 率 因 素 角，cosφk=0.85，tanφk=0.619。

取靈敏度為2，發(fā)電機(jī)最小功率Pg為25%Pn，則主變電壓突增量Δt=0.2 s時(shí)元件定值為

發(fā)電機(jī)突增量Δt=0.2 s時(shí)元件定值為

主變高壓側(cè)正序電壓突增定值整定為1.4 V，時(shí)間窗為0.2 s。發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓突增定值整定為0.8 V，時(shí)間窗為0.2 s。

2.2.3 正功率突降保護(hù)投入功率定值的整定依據(jù)

當(dāng)機(jī)組輸出功率(發(fā)電機(jī)有功功率Pg)小于Pset.1時(shí)，即使發(fā)生主變正功率突降，對熱力設(shè)備并不構(gòu)成安全威脅。Pset.1應(yīng)小于調(diào)度最低出力(某廠調(diào)度最低出力為180 MW，即60%Pn)，Pset.1可整定為40%Pn。

2.3 動作判據(jù)

2.3.1 發(fā)電機(jī)正向低功率定值整定

正向低功率定值Pset.2應(yīng)小于發(fā)電機(jī)的最低出力，同時(shí)應(yīng)大于最大不平衡輸出功率20%Pn。由于發(fā)電機(jī)帶著廠變，Pset.2定值必須大于最大廠用電率，供熱機(jī)組應(yīng)考慮供熱期最大廠用電率，Pset.2可取20%Pn。

2.3.2 主變高壓側(cè)正序電流突降定值整定

發(fā)電機(jī)功率突降后，正序電流的下降量變化量ΔI1為［2］

式中:Iloa為功率突降前機(jī)端TA二次的負(fù)荷電流;τ為功率突降后電流互感器二次回路衰減時(shí)間常數(shù)。

取發(fā)電機(jī)最小功率Pg=25%Pn時(shí)進(jìn)行計(jì)算，則Iloa=25%Ihe，τ值與二次電纜長度、截面、電流互感器剩磁大小、鐵芯有無氣隙等因素有關(guān)，一般可取τ=0.2 s。當(dāng)時(shí)間窗長度為0.5 s時(shí)，正序電流突降定值為

電流突降定值取ΔIset=20%IT2n=20%×0.362=0.072 4 A，時(shí)間窗Δt為0.5 s。2.3.3 發(fā)電機(jī)機(jī)端低電流定值整定

發(fā)電機(jī)機(jī)端兩相電流小于Iφ．set判據(jù)。

判據(jù)描述為

構(gòu)成“或”關(guān)系輸出。

整定原則:Iφ．set定值應(yīng)小于正常運(yùn)行時(shí)最小負(fù)荷電流，大于廠變最大負(fù)荷電流;在最嚴(yán)重情況下，為保證該判據(jù)可靠動作，應(yīng)滿足

在時(shí)間窗Δt為 0.5 時(shí)，取τ=0.2 s，則Iφ．set為

取

2.4 閉鎖判據(jù)

2.4.1 負(fù)序電壓閉鎖判據(jù)

正向功率突降時(shí)，三相處對稱狀態(tài)，無負(fù)序電壓，因此可用負(fù)序電壓作閉鎖判據(jù)。當(dāng) (UF2＞U2．set)OR(UT2＞U2．set)時(shí)，閉鎖正向功率突降保護(hù)。

負(fù)序電壓按躲過不平衡電壓整定，負(fù)序電壓閉鎖定值U2．set整定原則:負(fù)序電壓繼電器應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的不平衡電壓整定，不平衡電壓通過實(shí)測確定。根據(jù)整定計(jì)算導(dǎo)則［3］，選取為

式中Un為額定相電壓二次值。

靈敏系數(shù)按主變高壓側(cè)母線兩相短路校驗(yàn)，兩相短路時(shí)短路點(diǎn)處負(fù)序電壓最高，為0.5E。則負(fù)序電壓繼電器的靈敏系數(shù)為Klmd=(0.5×57.7)/4.6=6.27。

2.4.2 低電壓閉鎖判據(jù)

主變高壓側(cè)和發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓大于Uset判據(jù)。發(fā)電機(jī)正功率突降時(shí)，三相電壓對稱性升高不會降低，即(UT1＞Uset)＆(UF1＞Uset)。

依據(jù)計(jì)算導(dǎo)則［3］，取Uset=(80～85)%Un，正序電壓定值取Uset=85%Un=0.85×57.74=49 V，延時(shí)定值一般整定為0.1 s。

3 結(jié)論

1)機(jī)組功率突降時(shí)會發(fā)生電壓、頻率突升，應(yīng)選取電壓、頻率越限或突變作為保護(hù)起動判據(jù)。

2)為了區(qū)分機(jī)組輸出功率是突降故障還是短路故障，保護(hù)應(yīng)引入了負(fù)序電壓、機(jī)端低電壓作為閉鎖判據(jù)，可防止保護(hù)誤動。零功率保護(hù)在機(jī)組輸出功率突降時(shí)應(yīng)正確動作，可防止其它類型故障情況下誤動。

3)“同桿并架”輸出方式大型機(jī)組應(yīng)加裝零功率保護(hù)。

［1］ 喬永成．發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)［J］．電力自動化設(shè)備，2011(5)．

［2］ 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會．GB/T 14285－2006繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006．

［3］ 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會．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］．北京:中國電力出版社，2000．