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一种新型功率突降保护装置的设计与应用和春

发表时间：2020/5/8 来源：《电力设备》2020年第2期作者：和春

[导读] 摘要：当汽轮发电机组特别是大容量机组满载情况下发生正功率突降时，高压侧电压迅速升高、机组转速迅速上升，锅炉水位急剧波动；由于发电机没有灭磁、锅炉没有灭火，机组从超压、超频演变为低频过程，甚至可能出现频率摆动过程，对汽轮机叶片也有伤害。

        (内蒙古京能双欣发电有限公司内蒙古乌海 016000)
        摘要：当汽轮发电机组特别是大容量机组满载情况下发生正功率突降时，高压侧电压迅速升高、机组转速迅速上升，锅炉水位急剧波动；由于发电机没有灭磁、锅炉没有灭火，机组从超压、超频演变为低频过程，甚至可能出现频率摆动过程，对汽轮机叶片也有伤害。因此，当发生发电机正功率突降时，如不及时采取锅炉熄火，关闭主汽门、灭磁等一系列措施，必将严重威胁机组安全，甚至损坏热力设备。结合某电厂在送出系统中断导致发电机功率不能送出，发电机功率突降保护快速动作于全停来保障机组安全的实例。论证了发电机组装设功率突降保护的必要性。
        关键词：发电机功率突降保护；汽轮发电机组；超速
        Abstract: When the steam turbine generator especially for large capacity unit full load condition is power down, high side voltage rises rapidly, speed increase rapidly, boiler water level fluctuates dramatically; because the generator without excitation, boiler without fire, set from the evolution of overpressure, overclocking for low frequency process, or even possible frequency swing process, also has damage to the turbine blade. Therefore, when the generator is in power down, if not to take timely boiler flameout, close the main valve, a series of measures of demagnetization, security will seriously threaten units, or even damage to the thermal equipment. With a power plant outage causes the generator power cannot send in send system, examples of zero power protection of generator fast action to stop to ensure crew safety. The generator assembly necessity of zero power protection.
        Keyword: Zero power protection of generator；turbine；speeding
        0 引言
        发电机组运行中突然甩负荷是引起汽轮机组超速、发电机变压器过电压的一个主要原因。目前在机组甩负荷后一般通过2种措施来保护机组的安全：一是通过汽机转速、电压控制系统，快速将汽机转速降下来：二是在极端工况下，调速系统未能控制住转速，通过汽轮机组危急保安器动作停机关闭主汽门。但是这2种方法均不完善，前者由负荷控制转为转速控制，一般采用主开关的位置信号作为启动量，存在隐患，在远距离输电系统中其远方开关跳开切断了输电通道，而本站内发电机主开关并未跳开仍判断为发电机组并网运行，不能快速转为转速控制；极端工况下的最终保安措施是控制机组超速的最后一道防线，通过其动作停机时机组可能已经有损伤。
        《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求（10.1.1.6）》中明确指出：正常停机时在打闸后，应先检查有功功率是否到零，电度表停转或逆转以后再将发电机与系统解列或采用逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列，也就是说突然甩负荷是严禁的，发生后很可能产生超速。本文从发电机机端功率的变化情况为出发点。引入一种新的保护方法—发电机功率突降保护来保证在机组发生甩负荷后快速做出反应。
        下面以内蒙古京能双欣发电有限公司（简称京欣发电）1、2号机为例，1、2号机组采用发电机－变压器组方式分别接入220kV升压站， 220kV升压站采用双母线接线方式，220kV双回出线经苏亥图变电站接入蒙西电网。为防止对侧变电站全停或对侧两条线路断路器跳闸时本侧断路器未跳，导致汽轮机超速，需要在1、2机组加装发电机功率突降保护。
        1功率突降保护原理
        发电机零功率保护又称发电机低功率保护，或称主变正功率突降保护。当大容量火电机组在重载情况下突然失去送电通道时，机组电压迅速升高、机组转速迅速上升，锅炉水位急剧波动；由于发电机没有灭磁、锅炉没有灭火，在调速器和励磁调节器作用下机组从超压、超频演变为低频过程，甚至可能出现频率摆动过程，对汽轮机叶片也有伤害。此时如不及时采取锅炉熄火，关闭主汽门、灭磁等一系列措施，必将严重威协机组安全，甚至损坏热力设备。因此，大容量机组需要装设发电机零功率保护。
        零功率事故发生后，发电机功率降到零附近，故要求发电机有功功率小于故障后功率定值，且应大于一个小的负功率门槛。其中有功功率大于负功率门槛可防止振荡时误动，并留有可靠裕度。

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零功率事故发生后，主变高压侧三相电流为零，可采用任两相电流有效值发生突降且电流降低幅度大于电流突降定值判据来反映这一情况，并且要求突降后任两相电流小于故障后电流定值。
        另外，发电机零功率事故发生后，机组电压和频率迅速升高，故可以采用过电压或过频元件作为保护出口加速元件，过电压和过频元件构成“或”关系。当过电压或过频元件满足时保护以更短延时出口。
        机组正功率突降时，三相处对称状态，无负序电压，因此可用负序电压作闭锁判据。此外，为防止在主汽门关闭的过程中保护不正确动作，引入主汽门位置接点作为闭锁条件。
        2功率突降保护装置主要技术指标
        故障前功率定值： 30%-80%Pn
        故障后功率定值： 10%-30%Pn
        电流突降定值： 0.1-0.3Ie
        故障后电流定值： 0.1-0.3Ie
        零功率过电压定值： 1.2-1.3Ue
        零功率过频定值： 51-53Hz
        零功率延时定值： 0.05-0.5s
        3实施方案分析
        3.1 功率突降保护第一组交流电压量取自发变组保护A屏内发电机机端TV01，在发变组保护A屏内相应端子排盘外引出PT二次电缆至功率突降保护屏发电机机端电压输入端子。
        3.2功率突降保护第二组交流电压量取自发变组保护A屏内主变高压侧TV04、05经电压切换装置后的交流电压量，在发变组保护A屏内相应端子排盘外引出PT二次电缆至功率突降保护屏主变高压侧电压输入端子。
        3.3功率突降保护第一组交流电流量取自发变组保护A屏内发电机机端电流TA07，在发变组保护A屏内将相应端子排短连片打开，分别在盘外引出CT二次电缆至功率突降保护屏发电机机端电流输入端子，将保护装置输出电流端子用短连片封住，并将发变组保护A屏内N线转接到此端子排上，将此端子排接地。
        3.4功率突降保护第二组交流电流量取自发变组保护A屏内主变高压侧电流TA17，在发变组保护A屏内将相应端子排短连片打开，分别在盘外引出CT二次电缆至功率突降保护屏主变高压侧电流输入端子，将保护装置输出电流端子用短连片封住，并将发变组保护A屏内N线转接到此端子排上，将此端子排接地。
        3.5功率突降保护动作后开出全停矩阵，分别为：高压出口I、高压出口II、关注汽门1、关注汽门2,、跳灭磁开关1、跳灭磁开关2、高厂变A分支出口、启动A分支快切、高厂变B分支出口、启动B分支快切。以上接点分别经本屏对应的出口压板后分别接至发变组保护C屏相应的出口端子排上。
        3.6依据电缆清册敷设电缆，合理利用旧电缆，电缆走向符合要求。
        3.7用专用绑线将电缆固定，然后进行接线工作，接线要规范，号头及电缆牌标识清楚。
        3.8接线完毕后，依据审核图纸进行查线工作，回路要反复核查。图纸与实际不符时要做好记录，及时修改图纸。
        3.9确认回路正确后，进行端子排螺丝紧固，并再次测量回路绝缘良好。
        4 装置应用后效果
        发电机增加零功率保护后实现对发电机功率突降时的可靠、有效的保护。在送出线路发生异常时电厂侧可以采取功率突降保护，确保了发电机组在系统输送通道故障的情况下能安全可靠停机，使设备运行的可靠性又提升了一个台阶。
        参考文献
        [1]乔永成，寇海荣，王云辉，张道农.发电机零功率保护[J].电力自动化设备，2011，31（5）：148－151.
        [2]扬文超，李莉.断面零功率情况下大型发电机组安全控制方法[J].电力安全技术，2009，3（11）：62－64.
        [3]吴跃明.发电机组对电网稳定的适应能力分析[J].华东电力，2004，32（10）：15－18
        [4]防止电力生产事故的二十五项重点要求国家能源局 2014.4.15
        作者简介：和春，职称：工程师、继电保护技师，从事专业：继电保护，工作单位：内蒙古京能双欣发电有限公司。