一種新型功率突降保護裝置的設計與應用

摘 要： 發電機零功率切機裝置用于汽輪發電機特別是大容量機組滿載情況下因非發變組單元內繼電保護動作發生功率突降為零時快速安全停機。大型汽輪機組由于其蒸汽參數高、流量大，轉子轉動慣量大，當機組滿載情況下發生正向功率突降時，機組轉速迅速上升、主變高壓側電壓迅速升高，鍋爐水位急劇波動；此時發變組保護不能動作，發電機不能滅磁、鍋爐不能滅火，機組只能在調速器的調節下從超壓、超頻逐漸轉變為低頻過程，甚至可能出現頻率擺動過程，對汽輪機葉片也有傷害。因此，當發生發電機正功率突降時，如不及時采取鍋爐熄火，關閉主汽門、滅磁等一系列措施，必將嚴重威脅機組安全，甚至損壞熱力設備。每臺發電機配置一套發電機零功率切機裝置。

關鍵詞：正向功率 汽輪發電機組 超速

Abstract： Generator zero power cutter device used for steam turbine generator， especially the large capacity units carrying case for the hair become group cell relay protection movement happened sudden drop to zero power outage quickly and securely. Large steam turbine unit due to its high steam parameters， large flow， large moment of inertia of the rotor， when the unit load cases when the forward power fell sharply， unit speed rising rapidly， main transformer high voltage side voltage rise rapidly， boiler water level volatility； At this time a variable group cannot action of protection， the generator can not destroy magnetic， boiler fire， only under the regulation of speed governor from overpressure and overclocking gradually transformed into low frequency process， may even frequency oscillation process， also has harm for turbine blade. Therefore， a sudden drop when the generator is power， if not take timely boiler flameout， close the main valve， put out a series of measures， such as magnetic unit will be a serious threat to security， even damage the heating equipment. Each generator configuration a generator set zero power cutter device.

Keyword： Forward power： turbo-generator set： speeding

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）08-0263-02

引言

當發電機組發生正功率突降時，機組轉速會迅速上升、主變高壓側電壓也會迅速升高，鍋爐水位急劇波動。此時由于一般的機組保護不能動作，發電機不能滅磁、鍋爐不能滅火，將會造成汽輪機超速。故當發生汽輪機組正功率突降為零時，如不及時采取鍋爐熄火，關閉主汽門、滅磁等一系列措施，必將嚴重威脅機組安全，甚至損壞熱力設備，因此需要在發電機組加裝發電機零功率保護裝置，提高發電機組運行的安全性。

下面以內蒙古大唐國際托克托發電公司（簡稱托電）11、12號機為例，11、12號機組采用發電機-變壓器組方式分別接入220kV升壓站， 220kV升壓站采用雙母線接線方式，220kV雙回出線經云中變接入蒙西網。由于大唐國際再生資源新建220kV變電站，破口接入原國云220kVⅠ、Ⅱ回線路，切改后系統為大唐國際再生資源220kV變電站經新云Ⅰ、Ⅱ回線路接入云中220kV變電站，經國新Ⅰ、Ⅱ回線路接入國能電廠220kV變電站。

為防止對側線路跳閘時本側斷路器未跳，導致汽輪機超速，需要在11、12機組加裝發電機功率突降保護。

一、保護原理

發電機組正常運行時會穩定運行在系統所要求的出力點上，發電機端電壓、電流、有功功率不會發生明顯變化。當系統擾動時，發電機組發出的有功功率值將發生變化，當發生小擾動時，其產生的功率缺額會根據機組的頻率調整特性自動進行調整，系統中的任一臺機組的機端功率均不會發生明顯的變化；當發生大的干擾時，如發生振蕩，當振蕩中心處于發電機組內部時發電機組的機端功率將發生功率值的大幅擺動，此時經歷的時間過程較長，而發電機組發生甩負荷時電氣一次系統突然斷開，其發出有功功率會在極短的時間內降至低功率值，此時發電機功率突降保護快速判斷發電機組處于電磁功率不能送出的工況，其動作出口后必須快速關閉主汽門防止機組轉速飛升。

零功率切機功能在下列起動與判定條件均滿足時保護動作：

1.發電機電壓或頻率突增方式起動；

2.裝置起動前發電機有功功率大于定值1；

3.發電機有功功率小于定值2；

4.主變220kV側電流在20ms內下降變化量大于定值；

5.發電機側相電流有兩相小于定值；

6.主變220kV側和發電機側正序電壓大于定值；

7.主變220kV側和發電機側負序電壓小于定值；

圖2中，ΔUt1表示主變側正序電壓突增量，ΔUf1表示發電機側正序電壓突增量，f表示發電機側頻率，Δf表示發電機側頻率突增量，PG表示發電機側有功功率，ΔIt1和ΔIf1分別為主變側和發電機側電流突降量，Ita、Itb和Itc為主變側電流，Ifa、Ifb和Ifc為發電機側電流，Ut1和Uf1分別為主變側、發電機側正序電壓，Ut2和Uf2分別為主變側、發電機側負序電壓。

二、功率突降保護裝置相關參數

1.額定電氣參數

頻 率： 50Hz

直流電源： 220V，110V 允許偏差： +15% ，-20%

交流電壓： 57.7V，100V，300V

交流電流： 1A，5A

過載能力： 2倍額定電流，連續工作

20倍額定電流，允許10S

100倍額定電流，允許1S

250倍額定電流，允許0.5周波

功耗：交流電流： < 1VA/相（In=5A），<0.5VA/相（In=1A）

交流電壓： < 0.5 VA/相

直 流： 正常<15W，跳閘<25W

2.主要技術指標

保護投入功率定值： 10%-100%Pn

正序電壓突增定值： 0.1-20V

發電機頻率突增定值： 0-10Hz

正序電流突降定值： 0.1-10A

低功率定值： 0.1-50%Pn

正序電壓定值： 40-60V

負序電壓閉鎖定值： 0.1-20V

延時定值： 0-10.0s

電壓定值誤差： ±2.5%或±0.2V

電流定值誤差： ±2.5%或0.02In

延時定值誤差： ±1%定值+40ms

三、實施方案分析

1.改造前期準備工作

1.1編寫11、12號機功率突降保護屏改造方案以及作業指導書。

1.2由工作負責人編寫功率突降保護屏改造電纜清冊并繪制改造圖紙。

1.3由專業技術人員計算功率突降保護定值，下發正式定值單，并審核批準。

2.屏柜安裝

2.1 測量新保護屏尺寸，在11、12機組電子間內發變組保護相鄰間隔內備用槽鋼位置上立新屏。

2.2使用配套螺絲將保護屏固定，并將保護屏與地角焊接，保證屏柜接地正常。

3.電纜敷設、回路接線

3.1 功率突降保護第一組交流電壓量取自發變組保護A屏內發電機機端TV01，在發變組保護A屏內相應端子排盤外引出PT二次電纜至功率突降保護屏發電機機端電壓輸入端子。

3.2功率突降保護第二組交流電壓量取自發變組保護A屏內主變高壓側TV04、05經電壓切換裝置后的交流電壓量，在發變組保護A屏內相應端子排盤外引出PT二次電纜至功率突降保護屏主變高壓側電壓輸入端子。

3.3功率突降保護第一組交流電流量取自發變組保護A屏內發電機機端電流TA07，在發變組保護A屏內將相應端子排短連片打開，分別在盤外引出CT二次電纜至功率突降保護屏發電機機端電流輸入端子，將保護裝置輸出電流端子用短連片封住，并將發變組保護A屏內N線轉接到此端子排上，將此端子排接地。

3.4功率突降保護第二組交流電流量取自發變組保護A屏內主變高壓側電流TA17，在發變組保護A屏內將相應端子排短連片打開，分別在盤外引出CT二次電纜至功率突降保護屏主變高壓側電流輸入端子，將保護裝置輸出電流端子用短連片封住，并將發變組保護A屏內N線轉接到此端子排上，將此端子排接地。

3.5功率突降保護動作后開出全停矩陣，分別為：高壓出口I、高壓出口II、關注汽門1、關注汽門2，、跳滅磁開關1、跳滅磁開關2、高廠變A分支出口、啟動A分支快切、高廠變B分支出口、啟動B分支快切。以上接點分別經本屏對應的出口壓板后分別接至發變組保護C屏相應的出口端子排上。

3.6依據電纜清冊敷設電纜，合理利用舊電纜，電纜走向符合要求。

3.7用專用綁線將電纜固定，然后進行接線工作，接線要規范，號頭及電纜牌標識清楚。

3.8接線完畢后，依據審核圖紙進行查線工作，回路要反復核查。圖紙與實際不符時要做好記錄，及時修改圖紙。

3.9確認回路正確后，進行端子排螺絲緊固，并再次測量回路絕緣良好。

4.裝置調試

4.1測量確認裝置電源及空開無短路故障方可上電。

4.2觀察裝置運行正常，無異常報警。

4.3進行模擬量采樣，采樣值與實際值誤差符合要求。

4.4依據正式定值單進行保護裝置調試，檢驗裝置邏輯出口正確。不丟項，不漏項，試驗結果符合要求，并做好記錄。

4.5裝置調試完畢后，定值核查并打印存檔。

5.裝置傳動

5.1使用繼電保護校驗儀在端子排通入與故障情況相符電壓、電流量。

5.2確認保護裝置出口正確，壓板功能良好。

5.3故障錄波器啟動正確，DCS系統報警正確。

四、裝置應用后效果

當輸出線路出現故障停電后，零功率保護裝置能夠迅速切換廠用電并對發電機滅磁，同時作用于汽機緊急跳閘，避免發電設備和熱力設備的損壞，使設備運行的可靠性又提升了一個臺階。

參考文獻

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作者簡介：白水靈，女，（1988.4-）蒙古族，大學本科，內蒙古通遼，助理工程師，研究方向：繼電保護。