苗春華

(云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)切機(jī)裝置的應(yīng)用

苗春華

(云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

當(dāng)電廠進(jìn)出線(xiàn)路事故跳閘或者開(kāi)關(guān)偷跳，機(jī)組的有功功率突降至0時(shí)，會(huì)造成汽輪機(jī)組超速、機(jī)組過(guò)電壓。介紹機(jī)組保護(hù)存在的問(wèn)題，分析加裝零功率保護(hù)切機(jī)裝置的必要性及其工作原理，提出加裝零功率保護(hù)切機(jī)裝置的改造方案。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該裝置可防止汽輪機(jī)超速、端電壓上升，達(dá)到安全停機(jī)的目的。

汽輪發(fā)電機(jī)組；零功率保護(hù)；超速；過(guò)電壓；滅磁

0 概述

某公司2臺(tái)300 MW機(jī)組于2006年相繼投運(yùn)。2臺(tái)機(jī)組均采用發(fā)電機(jī)-變壓器-線(xiàn)路組單元接線(xiàn)方式，汽輪機(jī)為亞臨界機(jī)組，系統(tǒng)設(shè)置2條出線(xiàn)(唐紅I回線(xiàn)、唐紅II回線(xiàn))，接入220 kV紅河開(kāi)關(guān)站，電廠不設(shè)升高電壓母線(xiàn)，不裝發(fā)電機(jī)出口斷路器，采用單一走廊同桿并架設(shè)計(jì)方案。1號(hào)機(jī)主接線(xiàn)如圖1所示。

圖1 1號(hào)機(jī)主接線(xiàn)示意

1 機(jī)組保護(hù)存在的問(wèn)題

當(dāng)發(fā)生下列故障時(shí)，線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作方式只跳線(xiàn)路側(cè)斷路器，機(jī)組保護(hù)不能動(dòng)作，不跳發(fā)電機(jī)，不關(guān)主汽門(mén)，鍋爐不滅火。

(1) 對(duì)側(cè)變電站母線(xiàn)故障或其他原因?qū)е聦?duì)應(yīng)的線(xiàn)路停電。

(2) 斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作。

(3) 本側(cè)及對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)偷跳、誤跳。

(4) 控制及保護(hù)等自動(dòng)裝置誤動(dòng)作。

(5) 系統(tǒng)解列保護(hù)停線(xiàn)未停機(jī)。

(6) 其他原因造成的發(fā)電廠輸電通道斷開(kāi)，發(fā)電機(jī)不能全停。

2 加裝零功率保護(hù)切機(jī)裝置的必要性

隨著我國(guó)特高壓、大電網(wǎng)的建成，在電力輸送通道建設(shè)中大量采用了緊湊型線(xiàn)路、同桿架設(shè)、遠(yuǎn)距離輸電、串聯(lián)補(bǔ)償、中間開(kāi)關(guān)站等各種技術(shù)，減少了線(xiàn)路數(shù)量，節(jié)約了線(xiàn)路走廊。這些新技術(shù)的使用，為功率的穩(wěn)定輸出提供了有效的保證；但也造成輸電線(xiàn)路故障增多，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法輸出功率，對(duì)機(jī)組熱力設(shè)備等產(chǎn)生危害和不良影響。

大型汽輪機(jī)組多為超臨界或超超臨界機(jī)組，由于其蒸汽參數(shù)高、流量大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，當(dāng)機(jī)組滿(mǎn)載情況下發(fā)生正功率突降(如唯一的送出線(xiàn)發(fā)生故障跳開(kāi)等)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)迅速上升，主變高壓側(cè)電壓會(huì)迅速升高，鍋爐水位會(huì)急劇波動(dòng)。此時(shí)，由于一般的機(jī)組保護(hù)不能動(dòng)作，發(fā)電機(jī)不能滅磁、鍋爐不能滅火，汽輪機(jī)超速保護(hù)將針對(duì)超速進(jìn)行保護(hù)和控制。當(dāng)機(jī)組功率突降為0時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升，OPC(Over speed Protect Controller，超速保護(hù)控制單元)保護(hù)103 %超速動(dòng)作并快速關(guān)閉高中壓調(diào)節(jié)汽門(mén)，隨后轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，機(jī)組從超壓、超頻逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l。當(dāng)轉(zhuǎn)速降到2 950 r/min時(shí)，調(diào)節(jié)汽門(mén)重新開(kāi)啟，轉(zhuǎn)速再次上升。在此過(guò)程中，DEH處于自動(dòng)狀態(tài)，容易出現(xiàn)反復(fù)“振蕩”現(xiàn)象，甚至可能出現(xiàn)頻率擺動(dòng)過(guò)程，對(duì)汽輪機(jī)葉片也會(huì)造成傷害。因此，當(dāng)發(fā)生汽輪機(jī)組正功率突降時(shí)，如不及時(shí)采取鍋爐熄火、關(guān)閉主汽門(mén)、滅磁等一系列措施，必將嚴(yán)重威脅機(jī)組安全，甚至損壞熱力設(shè)備?？梢?jiàn)，在大型機(jī)組上應(yīng)用功率突降切機(jī)裝置是十分必要的。

近些年來(lái)，個(gè)別電廠已出現(xiàn)因電廠輸出功率突然缺失而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備不同程度損壞的事件。如：江蘇沙洲電廠600 MW機(jī)組鍋爐因輸出功率缺失而爆管；陜西府谷電廠600 MW機(jī)組、河北滄東電廠600 MW機(jī)組功率缺失后未能快速穩(wěn)定停機(jī)；廣東某電廠6臺(tái)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。

該公司主系統(tǒng)接入方式易因線(xiàn)間故障等多種原因造成機(jī)組無(wú)法輸出功率，解列不停機(jī)，引起汽輪機(jī)超速，對(duì)機(jī)組熱力設(shè)備等產(chǎn)生危害和影響。因此，提出了加裝零功率保護(hù)切機(jī)裝置的改造方案。

3 零功率保護(hù)切機(jī)裝置工作原理

零功率保護(hù)切機(jī)裝置工作原理：利用正向功率突降過(guò)程中的電氣特性，如電流突降、電壓突增、頻率突增、有功功率突降等構(gòu)成邏輯判據(jù)。當(dāng)機(jī)組在調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，如果突然甩負(fù)荷，發(fā)電機(jī)各電氣量會(huì)發(fā)生變化，可根據(jù)變化量來(lái)判別是正常停機(jī)還是異常事故。零功率保護(hù)切機(jī)裝置動(dòng)作后，迅速切換廠用電并對(duì)發(fā)電機(jī)滅磁，同時(shí)作用于鍋爐滅火保護(hù)“MFT”和汽機(jī)緊急跳閘保護(hù)“ETS”。對(duì)于個(gè)別有條件安裝FCB(Fast Cut Back，負(fù)荷快速切回)功能的電廠，可動(dòng)作于啟動(dòng)FCB功能，將機(jī)組穩(wěn)定于帶廠用電解列運(yùn)行狀態(tài)；待輸電通道恢復(fù)后可快速并網(wǎng)，以此起到防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升，快速滅磁防止端電壓升高的作用。

發(fā)電機(jī)零功率切機(jī)裝置采集發(fā)變組單元的電壓和電流量構(gòu)成保護(hù)判據(jù)，由啟動(dòng)判據(jù)、動(dòng)作判據(jù)、閉鎖判據(jù)3部分組成，無(wú)需任何開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)，具有突出的優(yōu)勢(shì)。

其中，啟動(dòng)判據(jù)為：系統(tǒng)側(cè)任一相電壓突增且大于定值2.1 V；或機(jī)端側(cè)任一相電壓突增且大于1.27 V；或任一相頻率突增且大于定值0.7 Hz，同時(shí)有功功率大于25 % Pn且負(fù)序電壓閉鎖條件滿(mǎn)足時(shí)，保護(hù)裝置啟動(dòng)。

動(dòng)作判據(jù)為功率突降為15 % Pn(作為零功率)，系統(tǒng)側(cè)、機(jī)端均過(guò)壓且大于49 V，主變高壓側(cè)電流突降且突降量大于定值0.7 A，任意2相機(jī)端低電流小于0.68 A，滿(mǎn)足機(jī)端負(fù)序電壓、系統(tǒng)側(cè)負(fù)序電壓均小于3.5 V時(shí)，裝置動(dòng)作出口，經(jīng)延時(shí)0.1 s后出口全停。

該裝置優(yōu)點(diǎn)如下：

(1) 純電氣量判據(jù)，可靠性高；

(2) 完善的保護(hù)判據(jù)，采用功率、頻率、電壓等綜合判據(jù)，設(shè)計(jì)合理，判據(jù)完善；

(3) 多重輔助判據(jù)，可防止PT或CT斷線(xiàn)造成誤動(dòng)。

該裝置邏輯如圖2所示。

圖2中:PG表示發(fā)電機(jī)有功功率;Pset2表示電發(fā)機(jī)正向低功率定值;ΔIt1表示主變高壓側(cè)電流突降量;ΔIt1set表示主變高壓側(cè)電流突降定值;Ifa、Ifb和Ifc為發(fā)電機(jī)各相電流;Iψset為發(fā)電機(jī)機(jī)端低電流定值；Ut1和Uf1為主變高壓側(cè)和發(fā)電機(jī)正序電壓;U1set為正序電壓定值1;Ut2和Uf2為主變高壓側(cè)和發(fā)電機(jī)負(fù)序電壓;U2set為負(fù)序電壓閉鎖定值2。

4 改造方案及注意事項(xiàng)

4.1 改造方案

加裝發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)功機(jī)裝置作為發(fā)變組保護(hù)的補(bǔ)充，其改造方案如下。

(1) 零功率保護(hù)切機(jī)裝置機(jī)端電壓取自于發(fā)變組B套保護(hù)，并聯(lián)而成；零功率保護(hù)切機(jī)裝置機(jī)端電流取自于發(fā)變組B套保護(hù)，串聯(lián)而成。B套保護(hù)是國(guó)電南京自動(dòng)化公司生產(chǎn)的保護(hù)屏。

(2) 系統(tǒng)側(cè)電壓取自于B套保護(hù)，并聯(lián)而成；系統(tǒng)側(cè)電流取自于B套保護(hù)，串聯(lián)而成。

4.2 切機(jī)方案

國(guó)內(nèi)學(xué)者普遍將大學(xué)生“蟻?zhàn)濉倍x為具有高智、弱小、群居等特點(diǎn)的大學(xué)畢業(yè)生，他們的生活環(huán)境差、生活水平不高。然而這樣的定義有失偏頗，筆者認(rèn)為可以將具有這些特點(diǎn)的大學(xué)畢業(yè)生分為兩種：一種是“被蟻?zhàn)濉钡拇髮W(xué)畢業(yè)生，這一部分畢業(yè)生不悲觀于眼前的狀況，甚至對(duì)未來(lái)充滿(mǎn)希望，他們認(rèn)為“蟻?zhàn)濉敝皇侨藗兘o予他們的標(biāo)簽，他們自身并不認(rèn)可這一標(biāo)簽；而另一種則是“蟻?zhàn)濉贝髮W(xué)畢業(yè)生，這一部分大學(xué)畢業(yè)生盲目選擇城市與工作之后，陷于理想與現(xiàn)實(shí)的矛盾沖突中，帶有悲觀情緒，對(duì)未來(lái)越發(fā)迷茫。在本文中筆者將重點(diǎn)討論第二種“蟻?zhàn)濉贝髮W(xué)畢業(yè)生。

由于該公司機(jī)組接線(xiàn)方式簡(jiǎn)單，為單元接線(xiàn)機(jī)組，沒(méi)有出口斷路器，沒(méi)有母聯(lián)開(kāi)關(guān)，所以出口方式也比較簡(jiǎn)單。當(dāng)零功率保護(hù)切機(jī)裝置動(dòng)作后，作用于全停，切換廠用電、滅磁，同時(shí)關(guān)主汽門(mén)并啟動(dòng)機(jī)爐聯(lián)鎖(防止機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升)。

4.3 注意事項(xiàng)

(1) 零功率保護(hù)切機(jī)裝置投運(yùn)前，先將裝置投信號(hào)位(跳閘出口壓板退出)，運(yùn)行2個(gè)月后，如無(wú)異常，即可投跳閘。

(2) 零功率保護(hù)切機(jī)裝置正式投入運(yùn)行后，在鍋爐壓火前或者機(jī)組進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，需要將零功率保護(hù)功能壓板及跳閘出口壓板退出，防止負(fù)荷突降引起零功率保護(hù)誤動(dòng)作。

(3) 在正常運(yùn)行過(guò)程中，如果需要對(duì)零功率保護(hù)切機(jī)裝置單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)或二次回路有故障時(shí)，應(yīng)退出零功率保護(hù)出口跳閘壓板，防止誤動(dòng)作。

5 零功率保護(hù)切機(jī)裝置實(shí)際應(yīng)用效果

安裝零功率保護(hù)切機(jī)裝置1年后，發(fā)生了由于系統(tǒng)側(cè)電壓電流的波動(dòng)，引起零功率保護(hù)啟動(dòng)的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)與廠家溝通，對(duì)保護(hù)定值進(jìn)一步核查、審核，最后對(duì)裝置進(jìn)行升級(jí)，由1.00版本升級(jí)為1.10版本。升級(jí)后的版本增加了保護(hù)抗干擾等功能，該裝置目前運(yùn)行良好，起到了可靠的保護(hù)作用。

6 結(jié)論

防止汽輪機(jī)超速是重點(diǎn)反措項(xiàng)目，是保證機(jī)組安全的一個(gè)重要方面。大型發(fā)電機(jī)組均應(yīng)裝設(shè)零功率保護(hù)切機(jī)裝置，作為防止汽輪機(jī)組超速、端電壓上升的一個(gè)必備手段。

1 喬永成，寇海榮，王云輝，等．發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31(5)：14-151．

國(guó)家能源局發(fā)布2017年2月份全社會(huì)用電量

2月，全社會(huì)用電量4 488億kWh，同比增長(zhǎng)17.2 %。

1—2月，全國(guó)全社會(huì)用電量累計(jì)9 356億kWh，同比增長(zhǎng)6.3 %。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)用電量134億kWh，同比增長(zhǎng)12.0 %；第二產(chǎn)業(yè)用電量6 327億kWh，增長(zhǎng)6.7 %；第三產(chǎn)業(yè)用電量1 428億kWh，增長(zhǎng)7.3 %；城鄉(xiāng)居民生活用電量1 467億kWh，增長(zhǎng)3.5 %。

1—2月，全國(guó)發(fā)電設(shè)備累計(jì)平均利用小時(shí)為578 h，同比增加3 h。其中，水電設(shè)備平均利用小時(shí)為397 h，減少49 h；火電設(shè)備平均利用小時(shí)為678 h，增加21 h。

1—2月，全國(guó)電源新增生產(chǎn)能力(正式投產(chǎn))1 614萬(wàn)kW。其中，水電192萬(wàn)kW，火電787萬(wàn)kW。

（來(lái)源：國(guó)家能源局網(wǎng)站 2017-03-20）

2016-08-06；

2016-11-01。

苗春華(1974—)，女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的研究工作，email：miaoch3044@sina.com。