李振軍

(秦皇島發(fā)電有限責任公司，河北 秦皇島 066003)

0 引言

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》(2023版)規(guī)定：“機組正常停機時,嚴禁帶負荷解列。采用汽輪機手動打閘或鍋爐手動主燃料跳閘聯(lián)跳汽輪機,發(fā)電機逆功率保護動作解列”,即在機組解列操作中,應采用汽輪機手動打閘,通過發(fā)電機程序逆功率保護動作解列發(fā)電機的方式。某汽輪發(fā)電機組在解列過程中出現(xiàn)程序逆功率保護未及時動作的異常情況,現(xiàn)對此異常情況進行分析,查找原因并提出解決方案,以保證發(fā)電機組運行安全。

1 設備概況

該機組為QFSN-320-2型汽輪發(fā)電機,采用發(fā)電機—變壓器—線路組的接線方式。發(fā)變組電量保護采用雙重配置,保護A、B柜相互獨立,且提供發(fā)電機變壓器單元所需要的全部電量保護。A、B柜采用南瑞公司的PCS-985B型發(fā)電機變壓器成套保護裝置,兩套發(fā)變組保護各自所用的電壓量、電流量來自不同的電壓互感器和電流互感器,出口對應不同的跳閘線圈。保護C柜為非電量保護,采用南瑞公司的PCS-974A-G型非電量保護裝置,集成了變壓器的非電量保護、非全相保護及斷路器失靈啟動等功能。

2021-07-28T19：27,機組按計劃停機。當汽輪機打閘后,發(fā)變線組主開關并未立即跳閘,而是大約6 s后保護A、B柜逆功率保護動作,主開關跳閘,發(fā)電機滅磁。

停機后查看歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)汽輪機打閘約6 s后發(fā)電機程序逆功率保護動作,動作時間相比保護定值的時限要長。因此,通過梳理汽輪機打閘后發(fā)電機功率變化過程數(shù)據(jù)以及主汽門動作過程、熱力系統(tǒng)等相關參數(shù),對程序逆功率保護的動作行為進行分析。

2 保護原理及動作邏輯

2.1 保護原理

程序逆功率保護是先關閉汽輪機主汽門,在主汽門完全關閉后,發(fā)電機從發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)為電動機狀態(tài)運行,并從電力系統(tǒng)吸收一定的有功功率,發(fā)電機有功功率變?yōu)樨撝登疫_到程序逆功率保護動作定值后,經(jīng)延時跳開發(fā)變組主開關,發(fā)電機滅磁,實現(xiàn)機組可靠停機。

2.2 定值計算

程序逆功率保護定值一般按照DL/T 684—2012《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》進行整定,動作定值的計算如下。

式中,Krel為可靠系數(shù),取0.5～0.8；P1為汽輪機在逆功率運行時的最小損耗,一般取額定功率的1 %～4 %；P2為發(fā)電機在逆功率運行時的最小損耗。

程序逆功率保護定值Pop一般整定為(0.5 %～2 %)Pn,其中Pn為發(fā)電機額定功率。在主汽門關閉時,保護裝置的實測逆功率值與保護定值進行校核,實測逆功率值一般是較小的功率值。動作時限經(jīng)主汽門觸點,并延時1.0～1.5 s解列。該機組實際整定的程序逆功率保護定值為1 %Pn,動作時限為1 s。

2.3 保護動作邏輯

PCS-985B保護動作邏輯是發(fā)電機在需要程序跳閘時,保護先關閉主汽門,由程序逆功率保護經(jīng)主汽門接點閉鎖和發(fā)變組斷路器位置接點閉鎖,延時動作于跳閘(見圖1)。程序逆功率保護定值范圍為(0.5 %～10 %)Pn。

圖1 發(fā)電機程序逆功率保護邏輯

3 保護動作分析

3.1 保護動作過程分析

發(fā)變組保護A、B柜均設有程序逆功率保護,通過查看PCS-985B保護報文和發(fā)電機故障錄波器,發(fā)現(xiàn)本次解列時從汽輪機打閘至主開關跳閘期間,總動作時間為5880 ms,程序逆功率保護共啟動四次,延時時限分別為832、939、1014、603 ms,其中的一次延時超過1000 ms的保護動作時限定值。經(jīng)查閱保護裝置說明書,得知程序逆功率保護延時定值誤差為±40 ms,可見此次啟動仍在延時定值的誤差范圍之內(nèi),所以保護啟動后返回,程序逆功率保護未動作是合理的。

3.2 集散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

通過查閱集散控制系統(tǒng)(DCS)的數(shù)據(jù)得知,當汽輪機打閘后,發(fā)電機三個測點的有功功率數(shù)值分別為-0.97、2.65、-2.01 MW。從數(shù)值來看,測得的數(shù)值均高于程序逆功率保護定值,所以保護未動作,發(fā)電機未解列。該運行工況持續(xù)了大約6 s后,發(fā)電機三個測點的有功功率數(shù)值分別為-0.97、-3.27、-2.01 MW,其中,-3.27 MW達到了逆功率保護動作定值,此時程序跳閘逆功率保護動作,發(fā)電機解列。對兩組有功功率測點數(shù)值進行比較,可得出在機組打閘6 s后,發(fā)電機解列,這與保護裝置的動作時限基本一致,與保護裝置的動作行為基本吻合。

4 原因分析

4.1 保護回路分析

PCS-985B保護裝置的程序逆功率保護經(jīng)主汽門接點閉鎖和發(fā)變組斷路器位置接點閉鎖。主汽門左、右兩側(cè)各有兩對常開接點,在程序逆功率保護的實際接線中,左、右主汽門的常開接點串聯(lián)后分別引至發(fā)變組保護A、B柜(見圖2)。在機組停運后,對主汽門常開接點進行檢查,發(fā)現(xiàn)其位置正確、無卡澀等異常情況。在進行主汽門開關試驗時,主汽門關閉開入信號能正確瞬時地傳輸?shù)桨l(fā)變組保護開入量內(nèi)。檢查確認主開關觸點完好、無卡澀現(xiàn)象,傳動主開關分合閘,主開關合閘信號也可以準確輸入到發(fā)變組保護開入量內(nèi)。檢查發(fā)變組保護A、B柜程序逆功率保護定值整定正確,整定值與定值單一致。

圖2 主汽門接點接線邏輯

在停機期間進行了機電大聯(lián)鎖試驗,用試驗箱輸入有功功率至保護裝置,模擬逆功率狀態(tài),手動打閘后程序逆功率保護正確啟動,保護延時動作使主開關跳閘,從而驗證了程序跳閘逆功率保護回路的正確性,保護裝置工作正常。經(jīng)試驗驗證,程序逆功率保護動作時限與定值一致,保護回路無問題。

4.2 無功功率的影響

試驗分析得出,程序逆功率保護動作值(絕對值)隨著無功功率的增加而呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。保護裝置只有在發(fā)電機無功功率為零時,才能按照保護整定值動作。如正常停機操作時,發(fā)電機剛好處在較深進相的工況下,主汽門關閉后,發(fā)電機的有功功率變?yōu)樨撝?有功功率負值雖已超過保護裝置程序逆功率整定值,但由于此工況下,保護裝置測量到的逆功率值比發(fā)電機實際有功功率值偏小,達不到保護動作定值,從而造成保護裝置發(fā)生拒動的情況。

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》(2023版)規(guī)定：“機組正常停機時,嚴禁帶負荷解列。應先將發(fā)電機有功、無功功率減至零,檢查確認有功功率到零”。因此,在機組停機解列操作票中有“檢查無功功率近于零”的操作項。檢查DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)解列期間無功功率一直保持在近于零的狀態(tài),所以無功功率也不是影響程序逆功率保護動作延時的因素。

4.3 熱力系統(tǒng)的影響

停機后對主汽門進行了檢查與試驗,活動試驗正常,未發(fā)現(xiàn)卡澀情況。通過查閱DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)和解析熱力系統(tǒng)相關參數(shù),發(fā)現(xiàn)汽輪機打閘時,主汽壓力相對偏高。自機組打閘至主開關跳閘的時限內(nèi),主汽壓力有數(shù)次波動,且與程序逆功率保護啟動次數(shù)相同,對此情況需進行針對性分析。汽輪機打閘后主汽門開始關閉至全部關閉前,因主汽門兩側(cè)存在壓力差,且主汽壓力高,在主汽壓力沖擊下,主汽門不能完全關閉,而是處于微開狀態(tài)。由于此時主汽門沒有完全關閉,而是處于一個由微開要轉(zhuǎn)為完全關閉的臨界狀態(tài),同時機組尚未解列,電磁力矩作為阻力矩依然存在,主汽壓力會因此出現(xiàn)升高和降低的不穩(wěn)定狀態(tài),主汽門的關閉趨勢也會受這些因素的影響,造成主汽壓力波動,主汽壓力的波動和主汽門的狀態(tài)改變是同步的。換言之,主汽壓力升高時會使機組脫離逆功率狀態(tài),降低時會使機組進入逆功率狀態(tài),直至主汽壓力逐漸衰減到不足以影響主汽門動作的壓力值時,主汽門才會完全關閉,程序逆功率保護啟動后滿足延時時限即將機組解列。

綜上所述,對影響程序逆功率保護未及時動作的各個因素進行綜合分析。程序逆功率保護回路經(jīng)傳動驗證試驗,回路不存在影響因素,且保護雙重化以后,兩套保護回路不相同,同時出現(xiàn)故障的概率微乎其微。由于解列操作票中已經(jīng)明確了無功功率近于零的原則,實際操作也符合要求,所以這也不是影響因素。進一步梳理熱力系統(tǒng)相關參數(shù),將程序逆功率保護啟動次數(shù)、主汽壓力波動次數(shù)、主汽門閥位動作過程等參數(shù)結(jié)合分析,判斷出主汽壓力高是阻礙主汽門可靠關閉和造成波動的主要因素,進而影響到了程序逆功率保護的啟動和動作,造成打閘后機組未能及時解列。

5 處理原則和預控措施

5.1 處理原則

機組發(fā)生逆功率后,應首先確認機組主汽門是否為關閉狀態(tài),其次檢查發(fā)電機的有功功率是否已經(jīng)為負值以及無功功率是否近于零。當兩者均滿足時,可確定機組已逆功率運行。

機組發(fā)生逆功率后,會對汽輪機的末級葉片產(chǎn)生危害,應及時停機處理。所以,一旦確定發(fā)電機逆功率運行,在達到程序逆功率延時時間定值后,應立即手動將發(fā)電機解列。

5.2 預控措施

1) 利用停機窗口,在具備條件的情況下,進行程序逆功率保護的傳動試驗。

2) 繼續(xù)固化機組解列時發(fā)電機無功功率近于零的操作原則。

3) 精細化調(diào)整熱力系統(tǒng)運行參數(shù),參數(shù)控制要精準,避免因熱力系統(tǒng)參數(shù)控制不力而影響機組的安全停運。

6 結(jié)束語

通過對程序逆功率保護的動作過程和保護整定原則的分析,借助DCS的趨勢分析、發(fā)變組故障錄波器的數(shù)據(jù)記錄功能以及發(fā)變組微機保護的順序事件記錄功能,分析各系統(tǒng)及設備的運行狀況,從而明確發(fā)生異常情況的原因,并提出處理原則和預控措施。