發電機組逆功率保護配置分析及定值整定實例

王旭

摘 要：文章介紹逆功率對火力發電機組的危害，分析常規火力發電機組的功率變化情況，并以厄瓜多爾埃斯梅拉達II期熱電項目為例，詳細闡述發電機逆功率保護的原理及定值整定。

關鍵詞：逆功率；危害；逆功率保護；定值整定

中圖分類號：TM61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0054-02

Abstract： In this paper， the hazards of reverse power for thermal generator unit are introduced， the power variety of conventional thermal generator unit is analyzed， the principle and setting calculation of generator reverse power protection are illustrated by Ecuador Esmeralda II Thermoelectric Project.

Keywords： reverse power； hazard； reverse power protection； setting calculation

引言

運行中的發電機組，當由于各種原因導致原動機突然失去原動力，而發電機未能及時解列，仍與電網連接，此時發電機將過渡為電動機運行，由其帶動原動機轉子旋轉，同時發電機由向電力系統輸出有功功率（有功功率為正數）轉變為從系統吸收有功功率（有功功率為負數），即逆功率。雖然此工況對發電機并無危害，但對原動機卻是不利的，其危害主要表現為：對汽輪發電機組而言，高速旋轉的汽輪機尾部葉片與殘留蒸汽產生摩擦，從而形成鼓風損耗，最終因過熱而損壞葉片，因此大容量汽輪機組不允許在這種異常狀態下長期運行；對燃氣輪機、柴油機機組而言，其中未燃盡物質會有爆炸和著火危險，因此該類型機組也需要配置逆功率保護。

根據《GB14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程》第4.2款規定，電壓在3kV及以上，容量在600MW級及以下的發電機，應對發電機逆功率運行狀態裝設相應的保護。

本文通過分析常規火力發電機組的功率變化情況，并以厄瓜多爾埃斯梅拉達II期熱電項目為例，詳細介紹發電機逆功率保護的原理及定值整定。

1 發電機功率變化

以單元制發電機組為例，其發電機與電力系統的連接方式可簡化為圖1（a）所示，其等值電路如圖1（b）所示。

參考隱極同步發電機功-角曲線（如圖2）可知，正常穩態運行時，發電機的功角（δ）介于0°至90°之間某一固定值，發電機的有功功率P為正值，即發電機向系統發送有功功率；當發電機的功角（δ）等于90°時，發電機將發出最大有功功率Pmax。當發電機失去原動力，理論上發電機的功角（δ）為0°，即發電機發出的有功功率為0；若此時發電機未能及時與電網解列，則發電機將逐步過渡到電動機運行狀態，發電機的功角（δ）為負，其有功功率P為負值，發電機從系統吸收有功功率，即逆功率。

2 發電機逆功率保護配置

對于常規的火電機組，為保證原動機在逆功率工況下的安全，需根據原動機承受逆功率運行能力的強弱，裝設發電機逆功率保護，并通過合理整定保護定值，以此滿足規程及設備的要求。同時，為防止因電氣故障電流過大導致電流互感器飽和，引起保護裝置誤動作，在發變組保護配置中，通常采用5P或10P保護級的電流互感器。

常規火力發電機組配置逆功率保護和程跳逆功率保護。

以南京南瑞繼保電氣有限公司生產的PCS-985系列發電機保護裝置為例，其逆功率保護的邏輯如圖3所示。保護設兩段時限，第一段時限作用于信號；第二段時限作用于停機出口。

在某些保護（如過負荷、過勵磁、矢磁等）動作后，需要程序跳閘時，該保護先關閉主汽門（或主油閥）；而程跳逆功率保護作為程序跳閘方式的最終執行元件，經主汽門（或主油門）接點閉鎖和機組斷路器位置接點閉鎖，延時動作于跳閘。采取程序跳閘方式，可大幅度減小大軸在停機過程中承受的扭力，能夠有效延長機組的使用壽命。南京南瑞繼保電氣有限公司生產的PCS-985系列發電機保護裝置程跳逆功率保護邏輯如圖4所示，其中“斷路器位置接點”“主汽門位置接點”和“逆功率元件動作”三判據為邏輯“與”關系，程跳逆功率保護經過延時t出口。

3 發電機逆功率保護整定原則及實例

3.1 逆功率保護整定原則

3.1.1 功率元件整定原則

發電機逆功率保護功率元件可按下述原則整定：

Pop=Krel（P1+P2）

式中：Krel為可靠系數，可取0.5～0.8；P1為原動機在逆功率工況下的最小損耗，通常取額定功率的1%～4%；P2為發電機在逆功率工況下的最小損耗，通常取P2≈（1-η） Pgn，其中η為發電機效率，一般取98.6%～98.7%（分別對應300MW及600MW），Pgn為發電機額定功率。

所以，逆功率保護動作功率定值Pop一般整定為（0.5%～2%）Pgn，并應根據主汽門（或主油門）關閉時保護裝置的實測逆功率值進行校核。

3.1.2 時間元件整定原則

其延時分兩段：延時15s動作于信號；根據原動機允許的逆功率運行時間，可取1min～3min動作于解列。

3.2 程跳逆功率保護整定原則

3.2.1 功率元件整定原則

整定原則同逆功率保護“3.1.1 功率元件整定原則”。

3.2.2 時間元件整定原則

延時1.0s～1.5s動作于解列。

3.3 逆功率保護整定實例

厄瓜多爾埃斯梅拉達II期熱電項目為12臺8350kW柴油發電機組，發電機為ABB生產的AMG 1120MP12 DSE型同步發電機，配置南京南瑞繼保電氣有限公司生產的PCS-985G發電機保護裝置。

基于《GB14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程》第4.2款規定，開放PCS-985G發電機保護裝置的“發電機逆功率保護”及“發電機程跳逆功率保護”，并做整定計算如下。

3.3.1 功率元件整定

參考“3.1.1 功率元件整定原則”，逆功率保護及程跳逆功率保護的功率元件定值按下式計算：

Pop=Krel（P1+P2）=0.5×（1%+2.95%）Pgn=1.975%Pgn

式中：Krel為可靠系數，取Krel=0.5；P1為原動機在逆功率工況下的最小損耗，P1=1%Pgn；P2為發電機在逆功率工況下的最小損耗，P2=（1-97.05%）Pgn=2.95%Pgn。

此處，取Pop=2%Pgn

3.3.2 時間元件整定

逆功率保護延時15s動作于信號；延時1min動作于解列。

程跳逆功率保護延時1.0s動作于解列。

經機組調試試運行階段考核，此定值能夠滿足保護要求，能夠有效保護該機組安全穩定運行。

4 結束語

對于常規的火力發電機組，有必要配置功能完善的發電機逆功率保護裝置，通過合理整定其保護定值，從而滿足相關規程及設備運行的要求，保護原動機不受到損壞，確保機組安全穩定運行。

參考文獻：

[1]DL/T 684-2012.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，2012.

[2]GB/T 14285-2006.繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].北京：中國電力出版社，2006.