火力發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，節省了大量經濟成本，但增加了雙回線路出現故障的幾率，如桿塔倒塌、雙回出線線間故障等。當輸電線路發生故障時，將直接導致機組與系統解列。此時如未加裝安穩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。國內多個電廠曾發生輸電通道突然斷開而導致發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振蕩，直至瓦解［1］。因此，為了解決大型汽輪機組出現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機組火力發電機組為實例，給出整定計算方法及過程。

1 阻抗參數計算

某廠300MW機組火力發電機組設備參數如表1、表2、表3 所示。

由上述表中給出的數據得到發電機阻抗參數為

主變阻抗參數為

表1 發電機參數

表2 主變壓器參數

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

2.1.1 發電機額定電流計算

發電機一次額定電流為

發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 起動判據的整定

2.2.1 頻率突增定值的整定依據

由于發電機總轉動慣量(發電機和汽輪機等)實際參數收集不到，依保護設計人員建議，按照大型火電機組慣性常數一般為M=10 s進行計算。當發電機最小功率為Pg=25%Pn時，發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

發電機正功率突降后，無功功率在發電機電抗和主變電抗上的電壓消失，在很短時間內發電機勵磁調節器來不及反應，故引起主變高壓側和發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

當機組輸出功率(發電機有功功率Pg)小于Pset.1時，即使發生主變正功率突降，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

2.3.1 發電機正向低功率定值整定

正向低功率定值Pset.2應小于發電機的最低出力，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。

取發電機最小功率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 發電機機端低電流定值整定

發電機機端兩相電流小于Iφ．set判據。

判據描述為

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

2.4.1 負序電壓閉鎖判據

正向功率突降時，三相處對稱狀態，無負序電壓，因此可用負序電壓作閉鎖判據。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的不平衡電壓整定，不平衡電壓通過實測確定。根據整定計算導則［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為Klmd=(0.5×57.7)/4.6=6.27。

2.4.2 低電壓閉鎖判據

主變高壓側和發電機機端正序電壓大于Uset判據。發電機正功率突降時，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。

2)為了區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，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．