断面零功率情况下大型发电机组安全控制策略分析

断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析350断面零功率情况下大型发电机组安全控制策略分析杨文超1，刘爱晶1，赵伟2，龙梅3，李凤军4(1.北京国华电力技术研究中心有限公司，河北燕郊065201;2.广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山529200)(3.河北国华沧东发电有限公司，河北沧州061110;4.陕西国骅锦界能源有限公司，陕西神木719319)摘要：由于大型发电机组输送通道的制约，存在发电厂输送断面零功率的情况。结合一起事件说明应采用安稳装置来保证这种情况下机组和厂用电的安全，提出了采用零功率切机装置的必要性，并介绍了装置的具体工作原理和控制策略。关键词：断面零功率、零功率切机、大型发电机组、安全控制策略0引言随着我国电力建设事业的快速发展，电源建设取的了很大成就，据有关资料介绍，到2010年我国火电装机容量将达7000亿千瓦。火电机组的快速建设，对电网建设也起到了推动和促进作用，同时，在电力输送通道建设中采用了紧凑型线路、同杆架设、远距离输电、串联补偿、中间开关站等各种技术，减少了线路数量，节约了线路走廊。这些新技术的使用，为功率的稳定输出提供了有效的保证，但由于输电线路的同时故障，会增加输电线路故障的几率，造成机组无法输出功率，对机组热力设备产生一定的危害和影响，因此，在电厂侧必须采取对策，使几台机组在系统输送通道故障情况下安全可靠的停机。近几年，世界范围内的大停电事故为我国电网的安全稳定敲响了警钟，大容量机组的突然缺失同样会给电网造成稳定问题。电网稳定问题历来受到电网部门的重视，而大型发电公司由于送出线路故障而造成功率无法送出，机组突然甩负荷，过剩的能量使发电机组加速，对机组热力系统造成冲击，同时厂用电系统能否正确切换，对机组产生的影响也是巨大的。如果机组保护装置动作不利，同样可能会产生严重后果。1某电厂线路故障时机组跳闸事件情况1.1某电厂发生的事件介绍：某电厂3台600MW机组，发电机出口设置了断路器，经主变压器连接至500kV系统，厂内升压站主接线型式为3/2接线，3台机组设2个完整串，一个不完整串，经两条同杆架设的双回线路送至对端变电站。机组启动时，断开发电机出口断路器，由主变降压经高压厂变至厂用段。线路侧两条线同杆架设直接送到对端500kV变电所。主接线如图1所示。2007年X月X日500kV系统5011、5012、5013、5031、5032、5033开关均在合闸位置，#4发变组检修5021、5023开关分闸，#3主变倒送电，机组停运、#5发变组及甲、乙线正常运行；8时41分09秒，甲线B相故障，5031、5032断路器B相跳闸，2183ms后5031、5032断路器三相跳闸；8时43分17秒，乙线C相故障，5012、5013断路器C相跳闸，2175ms后5012、5013断路器三相跳闸，#5机组首出汽机跳闸，低频保护动作跳发电机出口805开关并灭磁。送出线路甲、乙线同杆并架，在X号塔处先后发生甲线B相放电，乙线C相对地放电事故。由于同杆架设的两条线不同相，先后对地放电形成永久性故障，造成两条线路同时跳闸，机组突然甩负荷，整个电厂输出断面功率突然为零，500kV升压站全站失压。事故发生时恰只有#5机组正常运行，未造成重大的损失。1.2下面给出#5发电机跳闸过程记录。08：39：00：3510PC动作（第1次）08：39：00：368恢复08：39：00：3830PC动作（第2次）08：39：05：090恢复08：39：09：3920PC动作（第3次）08：09：09：403恢复08：39：10：977EH油泵A因EH油压低联锁启动（EH油泵B在运行）08：39：10：1610PC动作（第4次）08：09：12：674恢复08：39：12：862EH油压低跳闸，汽机跳闸08：39：20：246汽机跳闸后联跳锅炉断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析35108：39：26：106MFT08：39：26：131低频保护动作08：39：27：086主开关805跳闸、灭磁开关跳闸。图1某电厂主接线示意图1.3相关保护动作说明：线路跳闸后，汽机机械部分保护OPC动作四次，转速在动作过程中出现两个波峰，第一个波峰最大转速为3131r/min，第二个波峰最大转速为3107r/min。在OPC动作后EH油压(母管)从13.95Mpa,逐渐下降,备用EH油泵A联启（联锁值为11.2Mpa，动作正确）后，EH油压继续降低,最后在母管压力显示11.08Mpa时，ETS系统EH油压低保护动作开关动作（设定值为9.5Mpa）,机组跳闸。电网调度部门给出的#5机组高频保护整定值为51.5Hz，5s，OPC动作后，转速下降，高频保护未动作。汽机跳闸后，机组转速下降，达到低频保护定值为47.2Hz时，保护动作出口跳闸并灭磁。由上述过程看到，在线路跳闸，机组与电网脱离，汽机甩负荷过程中，发电机一直处于运行状态，没有任何电气量保护动作于发电机灭磁和跳闸，发电机完全处于被动状态，从发电机励磁系统感受到的仍是发电机处于并网状态，但实际上已处于甩负荷状态（发电机甩无功），电气方面只能靠励磁调节器自身的调节功能来减磁降压。而对汽机而言，由于机端断路器未跳闸，逻辑上判断机组仍处于并网状态，没有保护停机，只能靠机械转速控制，也即OPC保护来动作，增加了运行风险。造成上述情况的原因在于没有充分考虑输送断面零功率情况下如何使机组安全停下来的策略。同时，机组的突然甩负荷也会造成电网功率突然缺失，引起频率的异常变化，为电网的安全稳定运行带来风险。进一步分析，发电机突然甩负荷时，发电机的端电压会突然增高。在甩负荷瞬间，发电机端电压会升高至1.3倍额定电压，同时发电机转速也要上升，这就造成发电机端电压更加升高，以至达到危及设备安全的程度。在自动励磁调节系统，快速的、高的电压放大倍数的调节器，再加上可以逆变的励磁系统可以在很短时间内把电压降至额定值。这次事故，励磁调节器动作正确，也保证了未发生任何损坏设备的事件。从该事件过程看，电气专业应采取必要的技术措施，防止线路断面零功率或低功率时，汽轮发电机组的超速运行，在送出线路异常时，采取适当的切机策略，保证机组和厂用系统的安全。对于这种情况，国内以前有些电厂采用所谓的电气RUNBACK策略，即线路跳闸时通过切机避免线路过载，而现在可采用微机型安全自动装置，来实现这种功能。零功率切机装置就是目前采用的有效装置之一。2零功率切机装置原理、功能介绍零功率切机装置也是安稳装置的一种，只是其安装于电源侧，作为电源侧送电容量大小的判据，动作于切机，而不参与网上功率切除的动作。下面以上例介绍其原理和功能。2.1出线断面零功率切机功能(1)正常运行方式下，判出甲乙双回线同时故3号发变组乙线501350125011500kVI母500kVII母4号发变组502350215号发变组甲线50335032503150111501125012150122501315013250232502315021250211503325033150322503215031250311断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析352障或无故障跳闸，如果跳闸前双线功率和大于“双线跳闸功率门槛”定值，则快切全部机组。(2)当甲乙双线中一回线检修时，判出另一回线故障或无故障跳闸，如果跳闸前该线功率大于“单线跳闸功率门槛”定值，则快切全部机组。(3)为了方便零功率切机功能的投退，设置硬压板“零功率切机投入”，该压板退出，自动退出出线断面零功率切机功能。(4)本功能切机时不受允许切机压板控制，只要条件满足那么就全部几台机组都切除。（5）如果只有一台机组运行时，发生机组开关跳闸，同样会使出线功率骤降为零，满足出线无故障跳闸的判据，此时装置会显示“××出线跳闸”再发出一次空跳机组开关的命令，但此时机组并非由稳控装置跳开。而两台或更多台机组运行时，不考虑同时发生机组跳闸的特殊情况。因此，当一台机组运行时，若稳控装置检测到出线跳闸发出切机命令，首先需要确定在收到稳控装置发来的跳闸命令前，机组开关是否已经跳开，如果有则不是线路发生故障导致切机，要检查厂内导致机组开关跳开的其他原因。2.2出线过载切机功能(1)正常运行方式下，双回线中一回线跳闸，可导致另一回线过载。每回线的过载设置了3轮，每轮都有独立的投退控制字、过载电流定值、延时定值和本轮动作要切机台数。(2)双回线正常运行及检修方式下自动退出过载切机功能。(3)为方便过载切机功能的总投退，设置硬压板“过载切机投入”，该压板退出，自动退出两回线的过载判别。(4)当线路过载条件满足后需要切除机组的原则是：在投入了“允许切机压板”的投运机组中选择功率大的机组切除。在两种切机功能中，线路运行方式都以“线路检修压板”状态为准，也即此硬压板控制功能的投退。3工程应用某发电公司采用上述原理和功能的断面零功率切机装置后，碰到了一次两条送出线路同时故障而造成的停机事件，由于装置的正确动作，由电气保护动作启动热工保护停机停炉。虽然发生了全厂停电事故，但没有发生任何重大设备损坏，安稳装置发挥了巨大作用。断面零功率切机装置的结构通常由一套主机、一套（或几套）从机构成，每一从机负责36路模拟量采样、开入量采样、计算、进行线路、主变、发电机的运行方式、故障判断，将结果上送给主机；主机负责收集从机的判断结果，接收其它站的信息，进行综合处理和控制，负责对外的通信。下面给出某厂（4台机组）零功率切机装置的定值和动作报告。表1零功率切机装置的定值主机定值序号定值名称数值序号定值名称数值1双线跳闸功率门槛90MW14I线过载三轮N10台2单线跳闸功率门槛90MW15II线过载一轮投13I线过载一轮投116II线过载一轮I12463A4I线过载一轮I12463A17II线过载一轮T10.25S5I线过载一轮T10.25S18II线过载一轮N11台6I线过载一轮N11台19II线过载二轮投17I线过载二轮投120II线过载二轮I12069A8I线过载二轮I12069A21II线过载二轮T10.5S9I线过载二轮T10.5S22II线过载二轮N11台10I线过载二轮N11台23II线过载三轮投011I线过载三轮投024II线过载三轮I11200A12I线过载三轮I11200A25II线过载三轮T19S13I线过载三轮T19S26II线过载三轮N10台断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析353表2零功率切机装置的定值从机定值序号定值名称数值序号定值名称数值1I线接入类型119II线电流起动160A2I线额定线电压500kV20II线功率起动80MW3I线额定线电流3200A21II线调闸前功率120MW4I线HWJ接入022II线调闸后功率36MW5I线投运电流261A23II线重合时间700MS6I线投运功率100MW24II线无故跳时间110MS7I线电流起动160A25#1机组额定线电压500kV8I线功率起动80MW26#1机组额定线电流1250A9I线调闸前功率120MW27#1机组投运功率100MW10I线调闸后功率36MW28#2机组额定线电压500kV11I线重合时间700MS29#2机组额定线电流1250A12I线无故跳时间180MS30#2机组投运功率100MW13II线接入类型131#3机组额定线电压500kV14II线额定线电压500kV32#3机组额定线电流1250A15II线额定线电流3200A33#3机组投运功率100MW16II线HWJ接入034#4机组额定线电压500kV17II线投运电流261A35#4机组额定线电流1250A18II线投运功率100MW36#4机组投运功率100MW表3动作报告启动前200MS主机模拟量数据I线功率302MWI线电流339AII线功率302MWII线电流335A#1机组功率303MW#2机组功率307MW序号动作相对时间动作元件1285MSI、II双线跳闸2285MS发切#1机指令3285MS发切#2机指令4290MS切#1机动作出口5290MS切#2机动作出