邢瑞江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

基于Matlab的大機(jī)組程序逆功率停機(jī)事件的分析

邢瑞江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

隨著發(fā)電機(jī)容量的不斷增加，機(jī)組通過發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作停機(jī)的方式逐漸在許多發(fā)電廠得到推廣使用。但是發(fā)電機(jī)組通過程序逆功率保護(hù)動(dòng)作解列停機(jī)失敗的案例也經(jīng)常發(fā)生，并且在新建大型發(fā)電機(jī)組的停機(jī)應(yīng)用過程中尤為顯現(xiàn)。為保證電廠汽輪發(fā)電機(jī)組的安全可靠停運(yùn)，充分發(fā)揮發(fā)電設(shè)備的使用壽命和能效，本文利用Matlab工具，從功率、阻抗角和運(yùn)行操作流程等，對一次典型的程序逆功率停機(jī)事件進(jìn)行深入剖析，并結(jié)合實(shí)際給出具體的建議。

大型發(fā)電機(jī)組；逆功率；Matlab

0　引言

某電廠為2×660MW超臨界空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)為QFSN-660-2-22型的全封閉、水氫氫冷卻、圓筒型轉(zhuǎn)子、同步交流發(fā)電機(jī)。發(fā)變組保護(hù)裝置為RCS-985型的微機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組成套保護(hù)裝置。

2014年04月20日11時(shí)31分，#1發(fā)電機(jī)組在正常停機(jī)過程中，發(fā)變組保護(hù)A柜裝置出現(xiàn)“啟動(dòng)”，B柜保護(hù)裝置顯示“程序逆功率”動(dòng)作報(bào)告，但出口繼電器沒有動(dòng)作且跳閘燈沒有點(diǎn)亮?，F(xiàn)場人員對程序逆功率保護(hù)進(jìn)行靜態(tài)測試，裝置采樣和動(dòng)作邏輯符合要求。

2014年9月30日23時(shí)26分，#2機(jī)組停機(jī)時(shí)汽機(jī)跳閘、鍋爐MFT，檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)變組7521斷路器未跳閘，有功功率顯示-9.7MW，最大顯示-11.06MW。汽輪機(jī)關(guān)主汽門后，#1發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)均未動(dòng)作跳閘出口，發(fā)變組7521斷路器由運(yùn)行人員手動(dòng)打跳。

該電廠的停機(jī)流程是：負(fù)荷降至64MW（10%），接到值長機(jī)組解列命令，汽輪機(jī)打閘停機(jī)，發(fā)電機(jī)程序逆功率保護(hù)動(dòng)作解列發(fā)變組，檢查發(fā)變組出口主開關(guān)跳閘，滅磁開關(guān)跳閘，發(fā)電機(jī)三相定子電流指示為零，發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流下降至零。

1　保護(hù)的邏輯和判斷

RCS-985保護(hù)裝置包含兩個(gè)獨(dú)立的CPU系統(tǒng)：低通、AD采樣、保護(hù)計(jì)算、邏輯輸出完全獨(dú)立，CPU2系統(tǒng)作用于啟動(dòng)繼電器，CPU1系統(tǒng)完成邏輯運(yùn)算，作用于跳閘矩陣。當(dāng)裝置CPU1板（完成邏輯運(yùn)算功能）和CPU2（啟動(dòng)判據(jù)的檢測，開放繼電器的正電源）采樣數(shù)據(jù)同時(shí)滿足保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)，經(jīng)動(dòng)作延時(shí)后，保護(hù)才能出口跳閘。如果只有CPU1板滿足，CPU2不滿足判據(jù)時(shí)，裝置會(huì)給出動(dòng)作報(bào)文，不會(huì)出口跳閘和點(diǎn)動(dòng)作燈；若只有CPU2板滿足，CPU1不滿足判據(jù)時(shí)，裝置會(huì)啟動(dòng)，不會(huì)出口跳閘和點(diǎn)動(dòng)作燈；如果CPU1板滿足，CPU2也滿足判據(jù)，在延時(shí)過程中，有返回的話，裝置只會(huì)給出啟動(dòng)報(bào)文，不會(huì)出口跳閘和點(diǎn)動(dòng)作燈。

就地檢查發(fā)變組保護(hù)A、B柜發(fā)現(xiàn)，A柜程序逆功率保護(hù)有保護(hù)動(dòng)作報(bào)告，而實(shí)際并未出口，根據(jù)動(dòng)作報(bào)告初步判斷，是本次停機(jī)時(shí)機(jī)組實(shí)際產(chǎn)生的逆功率處于程序逆功率定值5W的邊界即死區(qū)，用于邏輯運(yùn)算判斷保護(hù)類別的保護(hù)板采集到了，但負(fù)責(zé)開放繼電器+24V電源保證出口的管理板未采集上，所以保護(hù)柜只有動(dòng)作報(bào)文，而實(shí)際未出口跳閘。

2　Matlab仿真計(jì)算分析

2.1功率的仿真計(jì)算

使用Matlab工具對事件做進(jìn)一步分析，通過模擬RCS-985B的功率計(jì)算方法，對裝置錄波中的發(fā)電機(jī)電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。不同廠家的互感器由于結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)的不同，傳變角差不同，計(jì)算功率值時(shí)需根據(jù)各自的硬件參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。由于裝置中的互感器非理想變壓器，有傳變角差，裝置在計(jì)算功率過程中，對各相阻抗角度進(jìn)行了補(bǔ)償，以得到真實(shí)的功率值。將計(jì)算得到的功率值與裝置的功率錄波值進(jìn)行對比，如圖1所示?？梢?，計(jì)算出來的功率值與錄波的功率值基本吻合。

2.2阻抗角的仿真計(jì)算

僅以B相為例，計(jì)算保護(hù)裝置和故障錄波器的錄波數(shù)據(jù)的阻抗角，并進(jìn)行對比分析。

圖1　功率計(jì)算值與錄波值對比圖

圖2　裝置錄波數(shù)據(jù)得到的B相電壓與B相電流的夾角

首先，使用Matlab工具計(jì)算保護(hù)裝置數(shù)據(jù)中B相的阻抗角φ，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。由于錄波數(shù)據(jù)為兩段（第一段為保護(hù)啟動(dòng)前后數(shù)個(gè)周波，第二段為保護(hù)動(dòng)作前后數(shù)個(gè)周波）拼接而成，在拼接點(diǎn)附近功率計(jì)算值抖動(dòng)，以穩(wěn)定狀態(tài)的功率計(jì)算值為準(zhǔn)。

然后，使用matlab工具計(jì)算故障錄波器波形中B相的阻抗角度，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

故障錄波器與保護(hù)裝置來自不同廠家，所使用的互感器的材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)不同，互感器的傳變會(huì)產(chǎn)生不同的相位角差。由圖2可以看出，保護(hù)裝置的B相阻抗角為264.7°；而由圖3得到，故障錄波器的B相阻抗角為266.7°；二者阻抗角的差值為2.0°，基本在誤差允許的范圍內(nèi)。

圖3　故障錄波器數(shù)據(jù)得到的B相電壓與B相電流的夾角

2.3仿真計(jì)算結(jié)果

由于裝置所用互感器非理想變壓器，存在傳變角差，裝置計(jì)算功率時(shí)對此進(jìn)行了補(bǔ)償，經(jīng)Matlab仿真計(jì)算，裝置計(jì)算功率值與仿真計(jì)算結(jié)果基本吻合。計(jì)算保護(hù)裝置和故障錄波器的錄波數(shù)據(jù)的阻抗角，二者阻抗角的差值也在誤差的允許范圍之內(nèi)，結(jié)果基本一致。

3　結(jié)語

根據(jù)以上仿真計(jì)算的結(jié)果，說明保護(hù)裝置邏輯運(yùn)算正常，保護(hù)沒有出現(xiàn)誤動(dòng)。鑒于發(fā)電機(jī)兩次程序逆功率異常停機(jī)的實(shí)際情況，對保護(hù)給出幾點(diǎn)具體的建議：

（1）不推薦采用關(guān)主汽門的硬接點(diǎn)直接出口跳發(fā)變組高壓側(cè)斷路器。也就是以前電廠采用的關(guān)主汽門硬接點(diǎn)接到電氣保護(hù)裝置里的熱工保護(hù)直接出口全停。理由很簡單：萬一由于人為誤碰或其他原因使關(guān)主汽門硬接點(diǎn)誤閉合將會(huì)造成機(jī)組全停，可靠性極差。必須有逆功率條件閉鎖，進(jìn)行程序跳閘。

（2）可根據(jù)兩次異常停機(jī)時(shí)的逆功率實(shí)測數(shù)據(jù)，修改發(fā)電機(jī)程序逆功率保護(hù)的整定值。同時(shí)注意定值的修訂計(jì)算是基于主汽門可完全關(guān)閉（無泄漏）為前提條件的，若主汽門不能完全關(guān)閉，上述定值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況再行調(diào)整，以免造成保護(hù)再次拒動(dòng)。

（3）國能安全［2014］161號《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》規(guī)定：“8.1.7機(jī)組停機(jī)時(shí)，應(yīng)先將發(fā)電機(jī)有功、無功功率減至零，檢查確認(rèn)有功功率到零，電能表停轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)以后，再將發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，或采用汽輪機(jī)手動(dòng)打閘或鍋爐手動(dòng)主燃料跳閘聯(lián)跳汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作解列。嚴(yán)禁帶負(fù)荷解列。”因此，應(yīng)對該電廠運(yùn)行規(guī)程中的停機(jī)流程進(jìn)行修改完善，防止出現(xiàn)帶負(fù)荷（包括有功功率和無功功率）解列。

［1］GB/T14285-2006，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［2］國能安全［2014］161號，防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求［S］.國家能源局，2014.

［3］南瑞繼保.RCS-985發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置技術(shù)使用說明書［Z］.南京南瑞繼保電氣有限公司，2001.

［4］馮亮.電廠逆功率保護(hù)停機(jī)的改進(jìn)［J］.華電技術(shù)，2008，30（05）：39，40.

Analysis of Program Matlab Unit Based on Inverse Power Outages

XING Rui-jiang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

With the increasing capacity of generator，the generator reverse power protection unit shutdown has been used widely in many power plants.But the generator reverse power protection action process to jump out of shutdown failure cases are often happened，particularly apparent in the new large generating units shut down the application process.In order to ensure the safety and reliability of the power plant turbine generator outage，give full play to the service life and efficiency of power generation equipment，in this paper，using the Matlab tool，from the power，impedance angle，operation process and other，a typical program reverse power shutdown event is analyzed，combined with the actual specific suggestions.

large generating units；reverse power protection；matlab

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.010

TM621

B

2095-3429（2015）04-0036-03

2015-07-27

修回日期：2015-08-25

邢瑞江（1974-），男，河南獲嘉人，本科，高級工程師，主要從事發(fā)電廠電氣繼電保護(hù)技術(shù)工作。