馬俊斌

（神華浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展和對(duì)資源合理運(yùn)用要求的進(jìn)一步提高，建設(shè)了大量的大型發(fā)電廠，其中火電機(jī)組仍然占較大比例。大型發(fā)電廠在規(guī)劃的時(shí)候，為了方便燃料運(yùn)輸，減少污染對(duì)居民的影響，往往建設(shè)在遠(yuǎn)離用電重負(fù)荷的地區(qū)，這樣必然要求建設(shè)長(zhǎng)距離電力輸送線路。一旦600 MW 及以上大功率的火電機(jī)組，在高負(fù)荷狀態(tài)下突然失去送電通道，沒有了電網(wǎng)的制動(dòng)作用，機(jī)組電壓與轉(zhuǎn)速會(huì)突然升高，很可能造成重要設(shè)備損壞。由于大部分發(fā)電機(jī)都設(shè)置了自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)調(diào)壓裝置，在DEH（Digital Electric Hydraulic，數(shù)字電液控制系統(tǒng)）、103% OPC（Over speed Protect Controller，超速保護(hù)控制）、AVC（Automatic Voltage Control，自動(dòng)電壓控制）和自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作用下，機(jī)組從超頻工況演變?yōu)榈皖l，并可能出現(xiàn)來回?cái)[動(dòng)不定的過程，導(dǎo)致高低頻、超速保護(hù)、過電壓保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作，對(duì)汽輪機(jī)大軸、葉片、軸承造成很大損傷。同時(shí)鍋爐超壓對(duì)汽水管道造成較大應(yīng)力損傷，對(duì)電氣設(shè)備也有傷害。及時(shí)采取鍋爐MFT（Main Fuel Trip，主燃料跳閘）、打閘汽輪機(jī)、跳開滅磁開關(guān)等一系列措施，才能在事故狀態(tài)下減少設(shè)備損傷。大容量機(jī)組裝設(shè)發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)并保證準(zhǔn)確可靠動(dòng)作，顯得非常重要。

1 裝設(shè)零功率切機(jī)保護(hù)裝置的必要性

雖然發(fā)電機(jī)機(jī)組的各種保護(hù)措施已經(jīng)越來越全面，如發(fā)電機(jī)有過電壓保護(hù)、超頻率保護(hù)，汽輪機(jī)有超速保護(hù)，但是這些保護(hù)都不能代替零功率切機(jī)保護(hù)，因?yàn)檫@些保護(hù)都不是為專門應(yīng)對(duì)突然甩負(fù)荷而設(shè)置的。零功率甩負(fù)荷后的現(xiàn)象，雖然也包含電壓突升、頻率突升、轉(zhuǎn)速上升，但是在甩負(fù)荷后，由于自動(dòng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)裝置的調(diào)壓作用，DEH、OPC 調(diào)速作用，電壓、頻率、轉(zhuǎn)速上升減緩，過電壓保護(hù)、超頻率保護(hù)、超速保護(hù)可能不會(huì)動(dòng)作，或者動(dòng)作會(huì)比較緩慢，不滿足繼電保護(hù)快速性、可靠性的嚴(yán)格要求。

2 基本原理及邏輯介紹

2.1 基本原理

當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)輸電線路全部故障時(shí)，會(huì)發(fā)生功率突降、電流突降，這兩個(gè)參數(shù)作為甩負(fù)荷的主要判據(jù)。零功率動(dòng)作要求功率突降后，主變高壓側(cè)有功功率小于故障后功率定值，并且功率突降后任意兩相電流應(yīng)低于電流設(shè)定值。另外，機(jī)組電壓和頻率迅速升高，采用電壓升高或頻率升高作為輔助判據(jù)，當(dāng)電壓升高和頻率升高滿足定值時(shí)，保護(hù)延時(shí)出口。當(dāng)發(fā)生短路事故時(shí)，正序電壓應(yīng)保持發(fā)電機(jī)正序電壓在設(shè)定值之下，或者負(fù)序電壓高于負(fù)序電壓定值，由此可將正序電壓低于定值且負(fù)序電壓高于定值，作為保護(hù)閉鎖的電壓條件，零功率切機(jī)不動(dòng)作，通過發(fā)電機(jī)短路保護(hù)切除故障。當(dāng)發(fā)電機(jī)組輸出功率較小時(shí)，盡管正向功率突然低于預(yù)期功率，熱力設(shè)備隱患事故的出現(xiàn)概率也降低很多。因此，零功率切機(jī)保護(hù)在運(yùn)行中，會(huì)比較故障前主變高壓側(cè)功率是否高于某個(gè)恒定值，判定是否需要啟動(dòng)動(dòng)作。

2.2 機(jī)組運(yùn)行/停運(yùn)狀態(tài)判據(jù)

采用主變高壓側(cè)有功功率或電流值，判別主變的運(yùn)行狀態(tài)。

（1）投運(yùn)狀態(tài)。判據(jù)為P＞PT或I＞IT。其中，PT為投運(yùn)功率定值，IT為投運(yùn)電流定值。

（2）停運(yùn)狀態(tài)。判據(jù)為P

（3）上述條件不符時(shí)，判斷為不對(duì)應(yīng)狀態(tài)，發(fā)一般異常報(bào)警。

2.3 啟動(dòng)判別

當(dāng)電網(wǎng)由于某些不可控因素，發(fā)生輸電線路事故時(shí)，為確保裝置能可靠地啟動(dòng)零功率切機(jī)保護(hù)，從而進(jìn)入事故判別程序，并在其他工況下不會(huì)誤動(dòng)，裝置采用以下啟動(dòng)判據(jù)：

（1）相電流差突變量啟動(dòng)。判據(jù)為ΔI≥IQD，持續(xù)滿足條件5 ms后，該元件動(dòng)作。其中，ΔI為線電流，IQD為突變量啟動(dòng)值。

（2）功率突變量啟動(dòng)。判據(jù)為|ΔP|≥PQD，持續(xù)滿足條件5 ms后，該元件動(dòng)作。其中，ΔP=Pt-Pt-0.2s，即指事故后有功功率與事故發(fā)生時(shí)刻0.2 s 前，有功功率差；PQD為功率突變量啟定值。

（3）以上兩條判據(jù)為“或”關(guān)系，只要有一條成立就進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。

2.4 動(dòng)作判據(jù)

（1）2.2 條中判定為投運(yùn)狀態(tài)且2.3 條判定為突變量啟動(dòng)。

（2）事故發(fā)生時(shí)刻0.2 s 前的功率≥事故前功率定值，并且功率方向?yàn)樨?fù)（即電廠送出）。

（3）事故后的功率＜事故后功率定值。

（4）事故后任兩相電流I0＜投運(yùn)電流定值IT。

（5）任兩相電流有效值在事故20 ms 前后之差|ΔI|=|Ik-Ik-20ms|≥IQD（突變量啟動(dòng)定值）。

（6）正序電壓＞正序電壓定值、負(fù)序電壓＜負(fù)序電壓定值。

（7）正序電壓與啟動(dòng)前200 ms 正序電壓差值大于定值。

（8）頻率與啟動(dòng)前200 ms 頻率差值大于定值。

（9）頻率大于定值。

（10）持續(xù)時(shí)間≥Ts（et動(dòng)作延時(shí)定值）。

啟動(dòng)后，同時(shí)滿足條件（1）～（6）和（10），以及至少滿足（7）～（9）中一條，則零功率切機(jī)動(dòng)作。裝置保護(hù)輸入量主要借助主變高壓側(cè)電壓互感器、電流互感器的電壓、電流。當(dāng)發(fā)生電壓互感器、電流互感器斷線時(shí)，延時(shí)5 s 發(fā)報(bào)警，待異常消失延時(shí)5 s自動(dòng)返回。

2.5 動(dòng)作出口

零功率切機(jī)動(dòng)作于關(guān)閉主汽門、鍋爐MFT、發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘（無發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的，動(dòng)作于主變高壓側(cè)開關(guān)跳閘）、滅磁開關(guān)跳閘、并且不啟動(dòng)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)失靈保護(hù)（無發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的，不啟動(dòng)主變高壓側(cè)開關(guān)失靈保護(hù)）。

2.6 定值整定

（1）投運(yùn)電流IT定值。投運(yùn)電流整定值可按發(fā)電機(jī)組運(yùn)行于20%額定功率時(shí)，以主變高壓側(cè)電流進(jìn)行整定。

（2）投運(yùn)功率PT定值。投運(yùn)功率整定值按發(fā)電機(jī)組20%額定功率進(jìn)行整定。

（3）電流突變IQD定值。按躲開系統(tǒng)波動(dòng)引起的電流變化進(jìn)行整定，考慮一定的裕度。

（4）功率突變PQD定值。按躲開系統(tǒng)波動(dòng)引起的有功功率變化進(jìn)行整定，考慮一定的裕度。

（5）事故前功率定值。應(yīng)大于發(fā)電機(jī)的最低出力，事故前功率定值參考整定范圍：0.4～0.8 倍額定功率。

（6）事故后功率定值。應(yīng)略大于不容許發(fā)電機(jī)運(yùn)行的最小送出功率，事故后功率定值參考整定范圍：0.1～0.3 倍額定功率。

（7）正序電壓定值。取非故障情況下可能存在的電壓最低值，參考整定范圍：0.8～0.85 倍額定電壓。

（8）負(fù)序電壓定值。一般取0.06～0.09 倍額定電壓。

（9）過頻定值。頻率偏離正常值時(shí)加速保護(hù)動(dòng)作，一般整定為50.3～50.5 Hz。

（10）頻率上升定值。一般整定為0.2～0.5 Hz。

（11）電壓上升定值。一般整定為0.06～0.12 倍額定電壓。

3 小結(jié)

發(fā)電廠長(zhǎng)距離輸電線路拉長(zhǎng)，從而可靠性也會(huì)相應(yīng)降低。當(dāng)遭遇暴雨、洪水、泥石流、山體滑坡、線路結(jié)冰等不可避免的自然災(zāi)害時(shí)，電廠的長(zhǎng)距離輸電回路很有可能斷線、倒桿、相間短路，導(dǎo)致全廠送出功率瞬間到零，造成汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升，鍋爐超過工作壓力，發(fā)電機(jī)變壓器組超壓超頻，對(duì)發(fā)電機(jī)組的主要設(shè)備造成很大的威脅。零功率切機(jī)裝置能及時(shí)安全地將機(jī)組停運(yùn)，保護(hù)主要設(shè)備安全。