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斷面零功率情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制方法

文檔作者：楊文超1 李莉2 文檔來(lái)源： 1.北京國(guó)華電力技術(shù)研究中心有限公司 2. 神華國(guó)華北京熱電分公司,		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月05日
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電力安全技術(shù)第11 卷( 2009年第3期)
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〔摘要〕由于受大型發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組輸送通道的制約，在輸電線路故障情況下，存在發(fā)電廠輸送斷
面零功率的可能。結(jié)合一起事故說(shuō)明應(yīng)采用零功率切機(jī)裝置來(lái)保證這種情況下機(jī)組和廠用電系統(tǒng)的安全，并
介紹了零功率切機(jī)裝置的具體工作原理和控制策略。
〔關(guān)鍵詞〕發(fā)電機(jī)組；斷面零功率；零功率切機(jī)；安全控制策略
火電機(jī)組的快速建設(shè)，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)也起到了推
動(dòng)和促進(jìn)作用。在電力輸送通道建設(shè)過(guò)程中，由于
采用了緊湊型線路、同桿架設(shè)、遠(yuǎn)距離輸電、串聯(lián)
補(bǔ)償、中間開(kāi)關(guān)站等各種技術(shù)，減少了線路數(shù)量，節(jié)
約了線路走廊，為功率的穩(wěn)定輸出提供了有效保
證，為電網(wǎng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但輸電線路的
熱穩(wěn)定問(wèn)題也不容忽視，尤其是在輸電線路幾處同
時(shí)故障或部分停運(yùn)的情況下，會(huì)造成機(jī)組無(wú)法輸出
功率或運(yùn)行數(shù)量減少，并對(duì)機(jī)組熱力設(shè)備產(chǎn)生一定
的危害和影響。因此，在送出線路發(fā)生異常時(shí)，電
廠側(cè)必須采取對(duì)策，確保發(fā)電機(jī)組在系統(tǒng)輸送通道
故障的情況下能安全可靠停機(jī)。
近幾年，世界范圍內(nèi)的大停電事故給我國(guó)電網(wǎng)
的安全穩(wěn)定敲響了警鐘，大容量機(jī)組的突然缺失同
樣會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)穩(wěn)定問(wèn)題。電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題歷來(lái)受到
電網(wǎng)單位的重視，而大型發(fā)電廠由于送出線路故障
使功率無(wú)法送出，機(jī)組突然甩負(fù)荷，過(guò)剩的能量使
發(fā)電機(jī)組加速，對(duì)機(jī)組熱力系統(tǒng)造成沖擊。此時(shí)，如
果廠用電系統(tǒng)不能正確切換，對(duì)機(jī)組、設(shè)備的安全
也會(huì)產(chǎn)生巨大的影響；如果機(jī)組保護(hù)動(dòng)作不正確，
同樣可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此，有必要采取相應(yīng)
的技術(shù)措施加以應(yīng)對(duì)。
1 某電廠線路故障時(shí)機(jī)組跳閘事故情況
1.1 事故介紹
某電廠共有3 臺(tái)600MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組發(fā)電
楊文超1，李莉2
（1.北京國(guó)華電力技術(shù)研究中心有限公司，北京100025 ；2. 神華國(guó)華北京熱電分公司,北京100025）
斷面零功率情況下
大型發(fā)電機(jī)組安全控制方法
機(jī)出口均設(shè)置了斷路器，經(jīng)主變壓器連接至500 kV
系統(tǒng)。廠內(nèi)升壓站主接線型式為3/ 2 接線，3 臺(tái)機(jī)
組設(shè)2 個(gè)完整串、1 個(gè)不完整串，經(jīng)2條同桿架設(shè)的
雙回線路送至對(duì)端500 kV變電站。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，斷
開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器，由主變降壓經(jīng)高壓廠變至廠
用段。主接線如圖1 所示。
圖1 某電廠主接線示意
事故前，500 kV系統(tǒng)5011、5012、5013、5031、
5032、5033 開(kāi)關(guān)均在合閘位置，4 號(hào)發(fā)變組檢修，
5021、5023 開(kāi)關(guān)分閘；3 號(hào)主變倒送電，3號(hào)機(jī)組停
運(yùn)；5 號(hào)發(fā)變組及甲、乙線正常運(yùn)行。
運(yùn)行中某時(shí)刻，甲線B相發(fā)生故障，5031、5032
斷路器B 相跳閘，2 183ms 后5031、5032斷路器三
相跳閘；約120 s后，乙線C 相發(fā)生故障，5012、5013
斷路器C 相跳閘，故障發(fā)生2 175ms后5012、5013
斷路器三相跳閘，5 號(hào)機(jī)組首出汽機(jī)跳閘，低頻保
護(hù)動(dòng)作跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)并滅磁。
經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，在同桿架設(shè)的甲、乙線上，某桿
3 防范措施
( ) 利用冬季培訓(xùn)時(shí)間加強(qiáng)對(duì)檢修及運(yùn)行人員
進(jìn)行培訓(xùn)，使他們對(duì)管轄設(shè)備的內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)切實(shí)
做到心中有數(shù)。
(2) 落實(shí)責(zé)任制，凡今后停電作業(yè)，涉及到電
壓互感器、電流互感器試驗(yàn)時(shí)，對(duì)背板螺絲進(jìn)行檢
查，遇有松動(dòng)及時(shí)處理。(收稿日期： 6 )
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第11 卷( 2009 年第3 期) 電力安全技術(shù)
塔處先后發(fā)生了甲線B 相對(duì)地放電、乙線C 相對(duì)地
放電事故，且均為永久性故障。從而引起甲、乙線
路先后跳閘，造成機(jī)組突然甩負(fù)荷，整個(gè)電廠輸出
斷面功率突然為0，500 kV升壓站全站失壓。
1.2 5 號(hào)發(fā)電機(jī)跳閘過(guò)程記錄
08:39:00:351，OPC(汽輪機(jī)超速保護(hù)控制)動(dòng)
作(第1 次）；08:39:00:368，恢復(fù)。
08:39:00:383，OPC 動(dòng)作(第2 次）；08:39:05:
090，恢復(fù)。
08:39:09:392，OPC 動(dòng)作(第3 次）；08:39:09:
403，恢復(fù)。
08:39:10:977 因EH 油壓低聯(lián)鎖啟動(dòng)EH 油泵
A(EH 油泵B 在運(yùn)行)。
08:39:10:161，OPC 動(dòng)作(第4 次)，08:39:12:
674 恢復(fù)。
08:39:12:862，EH 油壓低跳閘，汽機(jī)跳閘。
08:39:20:246，汽機(jī)跳閘后聯(lián)跳鍋爐。
08:39:26:106，MFT 動(dòng)作。
08:39:26:131 低頻保護(hù)動(dòng)作。
08:39:27:086，發(fā)電機(jī)出口跳閘、滅磁開(kāi)關(guān)跳閘。
1.3 相關(guān)保護(hù)動(dòng)作分析
線路跳閘后，汽機(jī)機(jī)械部分保護(hù)OPC 共動(dòng)作4
次。轉(zhuǎn)速在動(dòng)作過(guò)程中共出現(xiàn)2 個(gè)波峰：第1 個(gè)波
峰最大轉(zhuǎn)速為3 131r/ min，第2個(gè)波峰最大轉(zhuǎn)速為
3 107 r/ min。
在OPC 動(dòng)作后，EH 油壓(母管)從13.95 MPa
逐漸下降,備用EH 油泵A 聯(lián)啟(聯(lián)鎖值11.2 MPa，
動(dòng)作正確)后，EH 油壓繼續(xù)降低,最后降至11.08MPa
時(shí)，ETS系統(tǒng)EH 油壓低保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)動(dòng)作(設(shè)定值
為9.5 MPa), 汽機(jī)跳閘。
5 號(hào)機(jī)組高頻保護(hù)整定值為51.5 Hz(動(dòng)作延時(shí)
時(shí)間為5 s)，OPC 動(dòng)作后，轉(zhuǎn)速下降，高頻保護(hù)未
動(dòng)作。汽機(jī)跳閘后，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，當(dāng)達(dá)到低頻保
護(hù)定值(47.2 Hz)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘
并滅磁。
由上述5 號(hào)發(fā)電機(jī)跳閘過(guò)程記錄可知，從線路
全停到發(fā)電機(jī)滅磁歷時(shí)約27 s。在線路跳閘、機(jī)組
與電網(wǎng)脫離、汽機(jī)甩負(fù)荷過(guò)程中，發(fā)電機(jī)一直處于
運(yùn)行狀態(tài)，沒(méi)有任何電氣量保護(hù)動(dòng)作使發(fā)電機(jī)滅磁
和跳閘，發(fā)電機(jī)完全處于被動(dòng)位置。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系
統(tǒng)感受到發(fā)電機(jī)仍處于并網(wǎng)狀態(tài)，但實(shí)際上已處于
甩負(fù)荷狀態(tài)，電氣方面只能靠勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自身的調(diào)
節(jié)功能來(lái)減磁降壓。而對(duì)汽機(jī)來(lái)說(shuō)，由于機(jī)端斷路
器未跳閘，邏輯上判斷機(jī)組仍處于并網(wǎng)狀態(tài)，在沒(méi)
有保護(hù)動(dòng)作停機(jī)的情況下，只能靠機(jī)械部分保護(hù)即
OPC 保護(hù)來(lái)動(dòng)作，增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，一旦該保護(hù)動(dòng)
作失靈，則有發(fā)生“飛車”的危險(xiǎn)。同時(shí)，機(jī)組的
突然甩負(fù)荷也會(huì)造成電網(wǎng)功率突然缺失，引起頻率
的異常變化，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。
另一方面，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的端
電壓會(huì)突然增高。在甩負(fù)荷瞬間，發(fā)電機(jī)端電壓會(huì)
異常升高至1.3 倍額定電壓甚至更高。同時(shí)發(fā)電機(jī)
轉(zhuǎn)速也會(huì)上升，從而使發(fā)電機(jī)端電壓進(jìn)一步升高，
甚至達(dá)到危及設(shè)備安全的程度。在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系
統(tǒng)中，快速的、較高電壓放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)器再加上
可以逆變的勵(lì)磁系統(tǒng)，可以在很短時(shí)間內(nèi)把電壓降
至額定值。在這次事故中，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作正確，避
免了設(shè)備損害事件的發(fā)生。
從這次事故可以看出，在出現(xiàn)線路斷面零功率
或低功率時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)那袡C(jī)策略及其他技術(shù)措
施，防止機(jī)組出現(xiàn)超速運(yùn)行，保證機(jī)組設(shè)備和廠用
電系統(tǒng)的安全。針對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)有些電廠以前
常采用電氣RUNBACK 策略，即線路跳閘時(shí)通過(guò)
切機(jī)避免線路過(guò)載?，F(xiàn)在則可以采用微機(jī)型安全自
動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能，而零功率切機(jī)裝置就是其
中較有效的一種。
2 零功率切機(jī)裝置原理與功能實(shí)現(xiàn)
零功率切機(jī)裝置是一種安全穩(wěn)定控制裝置，安
裝于電源側(cè)，以電源側(cè)送電容量的大小作為判據(jù)來(lái)
動(dòng)作切機(jī)，不參與網(wǎng)上功率的切除。多機(jī)組電廠安
裝零功率切機(jī)裝置，不僅能夠解決線路全停狀態(tài)下
的安全停機(jī)問(wèn)題，更重要的是可以解決輸電線路事
故后過(guò)載的熱穩(wěn)定問(wèn)題。只要能夠檢測(cè)到關(guān)鍵輸電
通道的輸電潮流，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障元件和
類型，再依據(jù)制定的離線策略表，它就可以采取相
應(yīng)的措施進(jìn)行切機(jī)，且對(duì)切機(jī)時(shí)間要求較低。
2.1 零功率切機(jī)裝置的元件狀態(tài)判別
主要包括線路、機(jī)組、主變投停狀態(tài)判別，機(jī)
組無(wú)故障跳閘判別，出線單相永久故障判別，出線
相間故障判別4 種情況。每一種情況分別有不同的
判斷邏輯。
2. 2 零功率切機(jī)裝置的功能
2.2. 1 出線斷面零功率切機(jī)功能
正常運(yùn)行方式下，判出雙回線同時(shí)故障或無(wú)故
障跳閘，如果跳閘前雙線功率和大于“雙線跳閘功
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電力安全技術(shù)第11 卷( 2009年第3期)
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率門檻”定值，則快切全部機(jī)組。當(dāng)雙回線中一回
線檢修時(shí)，判出另一回線故障或無(wú)故障跳閘，如果
跳閘前該線功率大于“單線跳閘功率門檻”定值，則
快切全部機(jī)組。
如果只有1 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生機(jī)組開(kāi)關(guān)跳閘，
同樣會(huì)使出線功率驟降為0，滿足出線無(wú)故障跳閘
的判據(jù)，此時(shí)零功率切機(jī)裝置會(huì)顯示“××出線跳
閘”再發(fā)出一次空跳機(jī)組開(kāi)關(guān)的命令，但此時(shí)機(jī)組
實(shí)際上并不是由該裝置跳開(kāi)的。而當(dāng)2 臺(tái)或更多臺(tái)
機(jī)組運(yùn)行時(shí)，基本上可以不考慮同時(shí)發(fā)生機(jī)組跳閘
這種極特殊的情況。因此，當(dāng)只有1 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，
如果零功率切機(jī)裝置檢測(cè)到出線跳閘發(fā)出切機(jī)命令
時(shí)，首先需要確定在此之前機(jī)組開(kāi)關(guān)是否已經(jīng)跳
開(kāi)。如果開(kāi)關(guān)已經(jīng)跳開(kāi)，則不是線路故障導(dǎo)致的切
機(jī)，而是存在其他原因。
此外，為了方便零功率切機(jī)功能的投退，零功
率切機(jī)裝置設(shè)置了硬壓板“零功率切機(jī)投入”。該壓
板退出時(shí)，出線斷面零功率切機(jī)功能自動(dòng)退出。
2. 2. 2 出線過(guò)載切機(jī)功能
正常運(yùn)行方式下，雙回線中一回線跳閘可導(dǎo)致
另一回線過(guò)載。每回線的過(guò)載設(shè)置了3 輪，每輪都
有獨(dú)立的投退控制字、過(guò)載電流定值、延時(shí)定值和
本輪動(dòng)作要切機(jī)臺(tái)數(shù)。雙回線正常運(yùn)行及檢修方式
下自動(dòng)退出過(guò)載切機(jī)功能。
當(dāng)線路過(guò)載條件滿足后，需要切除機(jī)組的原則
是：在投入了“允許切機(jī)壓板”的投運(yùn)機(jī)組中選擇
功率大的切除。為方便過(guò)載切機(jī)功能的總投退，零
功率切機(jī)裝置也設(shè)置了硬壓板“過(guò)載切機(jī)投入”。該
壓板退出時(shí)，自動(dòng)退出雙回線的過(guò)載判別。
在上述2種切機(jī)功能中，線路運(yùn)行方式都以“線
路檢修壓板”的狀態(tài)為準(zhǔn)，也即此硬壓板控制這2
種切機(jī)功能的投退。
3 工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
3.1 有關(guān)定值的整定
零功率切機(jī)裝置定值的整定，主要考慮線路各
種運(yùn)行方式下的熱穩(wěn)定問(wèn)題。對(duì)于線路跳閘功率門
檻值的設(shè)置，考慮機(jī)組并網(wǎng)初期所帶功率值后，通
常取為機(jī)組容量的5 %。線路電流啟動(dòng)值應(yīng)考慮線
路長(zhǎng)期和短期的熱過(guò)載能力。
3.2 與發(fā)變組保護(hù)的連接關(guān)系
零功率切機(jī)裝置發(fā)出的指令應(yīng)以開(kāi)關(guān)量的形式
送至發(fā)變組保護(hù)，通過(guò)發(fā)變組保護(hù)全停跳閘出口送
至汽機(jī)保護(hù)，關(guān)閉主氣門，啟動(dòng)大連鎖，實(shí)現(xiàn)安全
停機(jī)，從而減小對(duì)熱力設(shè)備的沖擊。
關(guān)于發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)置問(wèn)題。按照《繼
電保護(hù)安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，如果設(shè)置了
變壓器過(guò)激磁保護(hù)(無(wú)出口斷路器)，可不設(shè)發(fā)電機(jī)
過(guò)電壓保護(hù)。此外，雖然勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在甩負(fù)荷時(shí)可
快速將升高的發(fā)電機(jī)電壓降至額定值，但為防止在
線路全停情況下發(fā)電機(jī)電壓的突然升高，可設(shè)置過(guò)
電壓保護(hù)作為后備保護(hù)。
3. 3 離線策略的制定
應(yīng)根據(jù)實(shí)際機(jī)組臺(tái)數(shù)和運(yùn)行容量，并針對(duì)輸電
線路發(fā)生N- 1、N- 2??故障情況下的各種運(yùn)行方
式，分別制定不同的機(jī)組減負(fù)荷及切機(jī)策略，以滿
足保證發(fā)電設(shè)備安全的需要。
某發(fā)電公司采用上述原理和功能的斷面零功率
切機(jī)裝置后，曾發(fā)生過(guò)1 次由2 條送出線路同時(shí)故
障而造成的停機(jī)事件。但由于裝置的正確動(dòng)作，使
電氣保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)熱工保護(hù)停機(jī)、停爐，所以雖然
發(fā)生了全廠停電事故，但并沒(méi)有造成任何重大設(shè)備
損壞。
4 結(jié)束語(yǔ)
由于電網(wǎng)建設(shè)的相對(duì)滯后，采用同桿架設(shè)和緊
湊型線路技術(shù)造成線路故障的幾率增大，易出現(xiàn)電
廠送出功率斷面為零的情況，對(duì)熱力設(shè)備和電廠安
全造成極大威脅。在電源側(cè)安裝零功率切機(jī)裝置，
可避免線路發(fā)生熱穩(wěn)定問(wèn)題和電源重大設(shè)備損壞事
故，適于在電源側(cè)推廣使用。
(收稿日期：2008- 06- 20)
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