发电机零功率保护的研究与应用

发电机零功率保护的研究与应用

张小伟

（陕西商洛发电公司陕西省商洛市沙河子镇726000）

摘要：当发电机组特别是大容量机组满载情况下因非自身继电保护动作发生正向功率突降为零时，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，对叶片也有伤害。因此，大机组应装设零功率保护，动作于快速切换厂用电并对发电机灭磁，同时作用于锅炉灭火（MFT）和汽机紧急跳闸（ETS）。发电机失步、逆功率、系统故障、正常停机时零功率保护不应误动作。

关键词：发变组零功率保护发电机超速发电机过电压

引言

某电厂发变组接线方式采用发电机―变压器组接线，单台机组容量660MW，发电机出口装设GCB。采用DEH调节汽轮机转速，若在极端工况下，DEH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。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。

《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第8.1.6条中明确要求机组停机时，应先将发电机有功、无功功率减至零，检查确认有功功率到零，电能表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用汽轮机手动打闸或锅炉手动主燃料跳闸联跳汽轮机，发电机逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。从中可以看出，在正常运行情况下，带负荷跳发电机出口断路器是不允许的。

在机组正常运行情况下，当出现发电机出口断路器异常跳闸或者主变高压侧断路器误跳时，汽轮发电机组将会出现超速、发电机过电压等异常现象。此时，若DEH控制失灵，将导致机组严重超速，应对汽轮机超速的只剩热控超速保护动作来关闭主汽门。为了增加保护的可靠性，确保汽轮机在出现超速情况之前，能可靠关闭主汽门，防止超速引发事故，新增加发电机零功率保护应对这种异常情况。

一、保护原理

当发电机组特别是大容量机组满载情况下因非自身继电保护动作发生正向有功功率突降为零时，发电机输出电流突然降到一个低值，电枢反应突然降低，由于调速系统和自动励磁调节装置都是由惯性环节组成，转速将上升，同时由于励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内也会上升，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，对叶片也有伤害。因此，大型机组应装设零功率保护，动作于快速切换厂用电并对发电机灭磁，同时作用于锅炉灭火（MFT）和汽机紧急跳闸（ETS）。在发电机失步、逆功率、系统故障、正常停机时零功率保护可靠不动作。

该保护利用发电机正向有功功率突降为零过程中的电压突增、有功功率突降、电流突降等电气特性，采集电压和电流量构成逻辑判据。动作判据由低功率元件Pset.2、正序电压突变元件ΔUset.2、频率突变元件ΔFset.2、电流突降元件ΔI1/t和低电流元件构成；闭锁判据有正序电压元件U1set、负序电压元件U2set及主汽门闭锁构成。

零功率保护的模拟量输入为发电机机端TV二次三相电压及发电机TA二次三相电流。

图1发电机零功率保护逻辑框图

在图1中，零功率保护判据由以下几部分构成，构成“与”关系。

1.1过功率判据

判别正常运行时的功率是否大于Pset.1。如果机组所带的负荷比较小（功率小），即使发生功率突降也不会对机组的热力设备构成威胁。为过功率判据增加延时的目的是对功率突降前的过功率动作进行记忆。

1.2机组功率大于零小于Pset.2

发电机组正向功率突变时，主变高压侧一次功率突降为零，考虑到二次功率并不突降为零，因此保护应设0<P<Pset.2判据。

1.3正序电流突变量判据

发电机正向功率突降时，一次侧三相电流突降为零，考虑到二次并不突降为零，采用正序电流突变量可比较灵敏的反应一次电流突降为零的情况。

1.4发电机至少两相电流小于定值判据。

发电机正向功率突变时，一次侧三相电流降低为零，可采用此判据反应这一过程。

1.5闭锁逻辑

当发电机组功率突降（断面零功率）时，发电机机端电压对称升高，即使考虑励磁调节器的作用，电压也不会降低。而在TV断线，振荡（振荡中心在发变组内部）或短路故障时，电压会明显降低。而在主汽门关闭时，零功率切机保护应被可靠闭锁。其中，t2延时需要和过功率判据延时及程跳延时相配合。

二、应用分析

该电厂1、2号机组发变组保护均采用国电南自的DGT801B数字式发变组保护装置，原发电机保护设计中没有配置反应有功功率突变为零的保护。若出现这一现象时，发电机频率累积、过激磁和发电机过电压等保护均不能及时关闭汽轮机主汽门以防止超速，此时只有依靠热工超速保护动作来关闭主汽门，保护单一，风险较大。若该保护失灵，则极易造成重大事故，后果不堪设想。

根据发电机零功率保护原理及图1发电机零功率保护逻辑所示，只需在原有的发电机保护装置基础上进行软件升级，无需增加单独的模拟量输入及出口跳闸回路，即可实现发电机零功率保护的改造加装，简单易行。

三、结论

在发电机出现突然甩负荷或者主变压器高压侧断路器误跳时，发电机零功率保护可以快速关闭主汽门，防止汽轮机发生超速故障。由此可见，大型汽轮发电机组应装设零功率保护，确保机组运行安全。

参考文献

[1]庄力，姚峰.汽轮机超速防护常见故障判断及预防对策[J].湖北电力，2003，27（4）.

[2]吴新东.浅谈汽轮机超速的危害、原因及防治[J].科学与生活，2010,(9).

[3]国家能源局.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求.2014，04.

[4]王维俭.大型机组继电保护理论基础[M].北京：中国电力出版社，1989.

[5]高艳，陈雪峰，张棋，等.根据GB/T14258-2006设计发变组保护探讨[J].电力自动化设备，2009，29（7）.

[6]郑立新.发电机过频保护与汽轮机超速保护配合问题的探讨[J].电力建设，2005：26（3）.

[7]ZPP801数字式发电机零功率保护装置技术说明书V1.0.0.国电南京自动化股份有限公司，2012,10.

作者简介

姓名：张小伟；职称等级：助理工程师；从事专业：继电保护；联系地址：陕西商洛电厂；单位名称：陕西商洛发电公司。