发电机零功率切机保护问题探究

发电机零功率切机保护问题探究

于蕾

陕煤电力运城有限公司，山西 运城 044602

摘要：在火力发电机组正常满载的情况下有功功率突降或由于外部输电线路故障而导致发电机无法输出功率，会出现发电机组转速迅速上升、主变高压侧电压迅速升高、锅炉水位急剧波动等危及机组安全的情况。汽轮机超速保护只针对超速，因此布置零功率切机装置在发电机组功率无法输出时停止锅炉运行，保护机组。针对某电厂因一次线路故障导致发电机组停机，零功率切机保护未能正确动作，该文就此次事件的保护情况进行分析。

关键词：深度调峰；零功率保护

1  事故经过

2019年11月17日事件发生前工况：1号机组运行，2号机组停备，1号机组深调负荷180MW，机组运行正常，A、B、C磨煤机运行，总煤量93t/h。

13时04分14秒，风运II线跳闸，500KV 5021、5022开关跳闸，NCS声光报警，风运II线电流差动保护动作，距离I段保护动作。

13时24分17秒，风运I线跳闸，500KV 5012、5013开关跳闸，NCS声光报警，风运I线电流差动保护动作，距离I段保护动作。全厂停电，立即启动全厂失电应急预案。

13时24分17秒，1号机组由179.7MW甩负荷至17MW， “零功率切机”保护未动作。汽轮机TSI超速报警，汽机转速3129rpm ，OPC保护动作，转速降至3013 rpm OPC复位。OPC动作共8次，汽轮机最高转速3148 rpm，最低转速3006rpm。

13时24分47秒，锅炉MFT，首出为“全炉膛灭火”，MFT连锁动作正常。

13时24分50秒，运行人员手启交流润滑油泵正常。

13时25分58秒，汽轮机手动打闸，转速下降，立即破坏真空紧急停机。

2  原因分析

风运I线、风运II线先后跳闸是此次事件的直接原因。

检查风运II线线路保护柜保护动作情况：13时04分13秒，5021、5022开关跳闸；风运II线线路保护RCS-931及L90保护均ABC三相出口动作跳闸。其中RCS-931动作报告：13h04m13s420保护启动，11ms差动动作出口，32ms距离I段动作出口，AC相间故障，故障测距30.9km；L90保护装置动作报告：13h04m12.427190s保护启动，AC相间故障，故障测距31.7km。

检查风运I线线路保护柜保护动作情况：13时24分11秒，5012、5013开关跳闸；风运I线线路保护RCS-931及L90保护均ABC三相出口动作跳闸，RCS-931动作报告：13h24m11s403保护启动，10ms差动动作出口，31ms距离I段动作出口，AC相间故障，故障测距30.9km；L90保护装置动作报告：13h24m11.408071s保护启动，AC相间故障，故障测距30.6km。

零功率切机保护装置的保护启动条件为以下3条件须同时满足：

1）主变二次侧电压突增1.3V，或发电机二次侧电压突增0.8V，或发电机频率大于50.5HZ，或频率突增0.3Hz

2）0.2s前发电机有功功率大于30%（180MW）

3）无其他闭锁条件（外部硬接线，可选经灭磁开关状态闭锁，实际未投）

3  零功率保护原理及应用

当汽轮机有功功率突降为零且转速上升时，热工OPC保护103%超速动作并快速关闭高中压调节汽门，随后汽轮机转速开始下降，由于发电机没有灭磁、锅炉没有灭火，机组慢慢从超压、超频状态转变为低频状态。当转速下降至2950r/min时，调节汽门重新开启，汽轮机转速再次上升，此过程中DEH系统处于自动状态，容易出现反复“振荡”过程，甚至出现频率摆动，对汽轮机叶片造成很大损害。因此当发生发电机有功功率突降的情况时，锅炉不能及时熄火、关闭主汽门、系统灭磁等一系列动作时必将严重危害机组的安全。

发电机零功率保护动作后会迅速切换厂用电并对发电机进行灭磁，同时作用于锅炉灭火保护和汽机紧急跳闸保护。

4 零功率保护动作分析

△Ut1表示主变高压侧正序电压突增量，△Uf1表示发电机正序电压突增量，f表示发电机频率，△f表示发电机频率突增量，PG表示发电机有功功率，△It1表示主变高压侧电流突降量，Ifa、Ifb和Ifc为发电机电流，Ut1和Uf1分别表示主变高压侧、发电机正序电压，Ut2和Uf2分别为主变高压侧、发电机负序电压。

4.1  启动分析

第1至4行是零功率保护的启动判据，满足判据条件分别为在区外故障切除后主变高压侧有功电压突增量大于1.3V、发电机有功电压突增量大于0.8V、发电机频率大于过频定值50.5Hz、发电机频率突增量大于0.3Hz。4条启动判据为“或”的逻辑关系，任意一条判据满足则总保护启动条件就满足。

4.2  闭锁分析

第5行是零功率保护投入的条件判据，当发电机运行功率低于保护投入定值时保护不投入。

第6行闭锁元件是第12、13行的闭锁判据，两条判据分别为低电压判据和负序过电压判据，用于排除机组处于短路故障状态。当区外故障切除后，主变高压侧正序电压和发电机正序电压大于49V时满足低电压判据，机组恢复三相对称运行后负序电压小于6V时满足负序过电压判据。两条判据均满足的情况下允许零功率起动和动作。

4.3  动作分析

第7至11行是零功率保护的动作判据，第7行是低功率判据，机组与系统解列后有功功率下降，切除区外故障有功功率会先增再降，低于低功率定值满负荷（600MW）的18%即108MW满足判据；第8行是电流判据，机组解列后电流突降，区外故障切除后主变高压侧电流突降量大于0.13A满足判据；第9至11行是低电流判据，关系为“或”，发电机三相电流中任意两相小于0.96A满足判据。

4.4  逻辑修改

为避免在机组深度调峰时保护存在不能正确投入，将机组零功率切机保护投入功率定值由原来的180MW下调至150MW，保证机组在深度调峰的状态下零功率切机保护可靠投入。

5  结论

通过对本次故障停机事故进行分析，并结合零功率保护定值及逻辑分析可知：在保护设定初期机组最低负荷为300MW，“零功率切机”保护条件中机组负荷大于180MW时，相关条件满足后保护动作。近两年机组配合电网调峰改造，但保护定值未更新，事故前1号机组处深度调峰状态，AGC指令180MW，实际负荷179.7MW，保护不启动，故500kV出线失去后保护未动作出口。

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）：49-52.

[2] 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）：8.

[3] 朱永晖.大型发电机组零功率切机保护的实践应用[J].科学技术创新，2022，27：160-163.