火力發(fā)電廠零功率保護整定計算方法

林長鵬，張曉亮，張寶紅

(遼寧大唐國際錦州熱電有限責任公司，遼寧錦州121017)

目前，很多新建電廠出線均采用“同桿并架”設計方式，節(jié)省了大量經濟成本，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。當輸電線路發(fā)生故障時，將直接導致機組與系統(tǒng)解列。此時如未加裝安穩(wěn)裝置或零功率切機裝置直接導致機組不能快速停機，勢必對機組安全造成重大威脅。國內多個電廠曾發(fā)生輸電通道突然斷開而導致發(fā)電機組熱力設備不同程度損壞的事件，如陜西府谷電廠600 MW機組、河北滄東電廠600 MW機組等功率缺失后未能快速穩(wěn)定停機，廣東某電廠6臺135 MW機組功率缺失后導致孤立網系統(tǒng)振蕩，直至瓦解［1］。因此，為了解決大型汽輪機組出現(xiàn)功率突降及機組過壓、過頻問題，應對零功率保護進行正定計算，以避免熱力設備損壞。本文以南瑞繼保公司RCS－985UP裝置結合某廠300 MW機組火力發(fā)電機組為實例，給出整定計算方法及過程。

1 阻抗參數(shù)計算

某廠300MW機組火力發(fā)電機組設備參數(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)電機阻抗參數(shù)為

主變阻抗參數(shù)為

表1 發(fā)電機參數(shù)

表2 主變壓器參數(shù)

表3 各電壓等級的基準值

2 保護定值計算

2.1 保護基本參數(shù)

2.1.1 發(fā)電機額定電流計算

發(fā)電機一次額定電流為

發(fā)電機二次額定電流為

2.1.2 主變額定電流計算

主變高壓側一次額定電流為

主變高壓側二次額定電流為

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)電機總轉動慣量(發(fā)電機和汽輪機等)實際參數(shù)收集不到，依保護設計人員建議，按照大型火電機組慣性常數(shù)一般為M=10 s進行計算。當發(fā)電機最小功率為Pg=25%Pn時，發(fā)電機功率突降到零時的df/dt值為

考慮頻率上升過程中調速器(DEH)的作用，df/dt元件應有較高的靈敏度，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)電機正功率突降后，無功功率在發(fā)電機電抗和主變電抗上的電壓消失，在很短時間內發(fā)電機勵磁調節(jié)器來不及反應，故引起主變高壓側和發(fā)電機機端正序電壓突升。

正功率突降引起主變高壓側正序電壓突升ΔU1，則ΔU1的標么值為

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)電機最小功率Pg為25%Pn，則主變電壓突增量Δt=0.2 s時元件定值為

發(fā)電機突增量Δt=0.2 s時元件定值為

主變高壓側正序電壓突增定值整定為1.4 V，時間窗為0.2 s。發(fā)電機機端正序電壓突增定值整定為0.8 V，時間窗為0.2 s。

2.2.3 正功率突降保護投入功率定值的整定依據(jù)

當機組輸出功率(發(fā)電機有功功率Pg)小于Pset.1時，即使發(fā)生主變正功率突降，對熱力設備并不構成安全威脅。Pset.1應小于調度最低出力(某廠調度最低出力為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)電機正向低功率定值整定

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

2.3.2 主變高壓側正序電流突降定值整定

發(fā)電機功率突降后，正序電流的下降量變化量ΔI1為［2］

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

取發(fā)電機最小功率Pg=25%Pn時進行計算，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，一般可取τ=0.2 s。當時間窗長度為0.5 s時，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，時間窗Δt為0.5 s。2.3.3 發(fā)電機機端低電流定值整定

發(fā)電機機端兩相電流小于Iφ．set判據(jù)。

判據(jù)描述為

構成“或”關系輸出。

整定原則:Iφ．set定值應小于正常運行時最小負荷電流，大于廠變最大負荷電流;在最嚴重情況下，為保證該判據(jù)可靠動作，應滿足

在時間窗Δt為 0.5 時，取τ=0.2 s，則Iφ．set為

取

2.4 閉鎖判據(jù)

2.4.1 負序電壓閉鎖判據(jù)

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

負序電壓按躲過不平衡電壓整定，負序電壓閉鎖定值U2．set整定原則:負序電壓繼電器應按躲過正常運行時出現(xiàn)的不平衡電壓整定，不平衡電壓通過實測確定。根據(jù)整定計算導則［3］，選取為

式中Un為額定相電壓二次值。

靈敏系數(shù)按主變高壓側母線兩相短路校驗，兩相短路時短路點處負序電壓最高，為0.5E。則負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)

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

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

3 結論

1)機組功率突降時會發(fā)生電壓、頻率突升，應選取電壓、頻率越限或突變作為保護起動判據(jù)。

2)為了區(qū)分機組輸出功率是突降故障還是短路故障，保護應引入了負序電壓、機端低電壓作為閉鎖判據(jù)，可防止保護誤動。零功率保護在機組輸出功率突降時應正確動作，可防止其它類型故障情況下誤動。

3)“同桿并架”輸出方式大型機組應加裝零功率保護。

［1］ 喬永成．發(fā)電機零功率保護［J］．電力自動化設備，2011(5)．

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

［3］ 中華人民共和國國家經濟貿易委員會．DL/T 684－1999大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則［S］．北京:中國電力出版社，2000．