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導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 電力安全論文>>正文

斷面零功率情況下大型發(fā)電機組安全控制方法

文檔作者：楊文超1 李莉2 文檔來源： 1.北京國華電力技術(shù)研究中心有限公司 2. 神華國華北京熱電分公司,		點擊數(shù)：	更新時間： 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)
6
〔摘要〕由于受大型發(fā)電廠發(fā)電機組輸送通道的制約，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)合一起事故說明應(yīng)采用零功率切機裝置來保證這種情況下機組和廠用電系統(tǒng)的安全，并
介紹了零功率切機裝置的具體工作原理和控制策略。
〔關(guān)鍵詞〕發(fā)電機組；斷面零功率；零功率切機；安全控制策略
火電機組的快速建設(shè)，對電網(wǎng)建設(shè)也起到了推
動和促進作用。在電力輸送通道建設(shè)過程中，由于
采用了緊湊型線路、同桿架設(shè)、遠距離輸電、串聯(lián)
補償、中間開關(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)濟效益。但輸電線路的
熱穩(wěn)定問題也不容忽視，尤其是在輸電線路幾處同
時故障或部分停運的情況下，會造成機組無法輸出
功率或運行數(shù)量減少，并對機組熱力設(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，電
廠側(cè)必須采取對策，確保發(fā)電機組在系統(tǒng)輸送通道
故障的情況下能安全可靠停機。
近幾年，世界范圍內(nèi)的大停電事故給我國電網(wǎng)
的安全穩(wěn)定敲響了警鐘，大容量機組的突然缺失同
樣會給電網(wǎng)帶來穩(wěn)定問題。電網(wǎng)穩(wěn)定問題歷來受到
電網(wǎng)單位的重視，而大型發(fā)電廠由于送出線路故障
使功率無法送出，機組突然甩負荷，過剩的能量使
發(fā)電機組加速，對機組熱力系統(tǒng)造成沖擊。此時，如
果廠用電系統(tǒng)不能正確切換，對機組、設(shè)備的安全
也會產(chǎn)生巨大的影響；如果機組保護動作不正確，
同樣可能會產(chǎn)生嚴重后果，因此，有必要采取相應(yīng)
的技術(shù)措施加以應(yīng)對。
1 某電廠線路故障時機組跳閘事故情況
1.1 事故介紹
某電廠共有3 臺600MW機組，每臺機組發(fā)電
楊文超1，李莉2
（1.北京國華電力技術(shù)研究中心有限公司，北京100025 ；2. 神華國華北京熱電分公司,北京100025）
斷面零功率情況下
大型發(fā)電機組安全控制方法
機出口均設(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 臺機
組設(shè)2 個完整串、1 個不完整串，經(jīng)2條同桿架設(shè)的
雙回線路送至對端500 kV變電站。機組啟動時，斷
開發(fā)電機出口斷路器，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 開關(guān)均在合閘位置，4 號發(fā)變組檢修，
5021、5023 開關(guān)分閘；3 號主變倒送電，3號機組停
運；5 號發(fā)變組及甲、乙線正常運行。
運行中某時刻，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 號機組首出汽機跳閘，低頻保
護動作跳發(fā)電機出口開關(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)時間加強對檢修及運行人員
進行培訓(xùn)，使他們對管轄設(shè)備的內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)切實
做到心中有數(shù)。
(2) 落實責(zé)任制，凡今后停電作業(yè)，涉及到電
壓互感器、電流互感器試驗時，對背板螺絲進行檢
查，遇有松動及時處理。(收稿日期： 6 )
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2008- 0 - 19
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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 相對地放電、乙線C 相對地
放電事故，且均為永久性故障。從而引起甲、乙線
路先后跳閘，造成機組突然甩負荷，整個電廠輸出
斷面功率突然為0，500 kV升壓站全站失壓。
1.2 5 號發(fā)電機跳閘過程記錄
08:39:00:351，OPC(汽輪機超速保護控制)動
作(第1 次）；08:39:00:368，恢復(fù)。
08:39:00:383，OPC 動作(第2 次）；08:39:05:
090，恢復(fù)。
08:39:09:392，OPC 動作(第3 次）；08:39:09:
403，恢復(fù)。
08:39:10:977 因EH 油壓低聯(lián)鎖啟動EH 油泵
A(EH 油泵B 在運行)。
08:39:10:161，OPC 動作(第4 次)，08:39:12:
674 恢復(fù)。
08:39:12:862，EH 油壓低跳閘，汽機跳閘。
08:39:20:246，汽機跳閘后聯(lián)跳鍋爐。
08:39:26:106，MFT 動作。
08:39:26:131 低頻保護動作。
08:39:27:086，發(fā)電機出口跳閘、滅磁開關(guān)跳閘。
1.3 相關(guān)保護動作分析
線路跳閘后，汽機機械部分保護OPC 共動作4
次。轉(zhuǎn)速在動作過程中共出現(xiàn)2 個波峰：第1 個波
峰最大轉(zhuǎn)速為3 131r/ min，第2個波峰最大轉(zhuǎn)速為
3 107 r/ min。
在OPC 動作后，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，
動作正確)后，EH 油壓繼續(xù)降低,最后降至11.08MPa
時，ETS系統(tǒng)EH 油壓低保護動作開關(guān)動作(設(shè)定值
為9.5 MPa), 汽機跳閘。
5 號機組高頻保護整定值為51.5 Hz(動作延時
時間為5 s)，OPC 動作后，轉(zhuǎn)速下降，高頻保護未
動作。汽機跳閘后，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，當達到低頻保
護定值(47.2 Hz)時，保護動作發(fā)電機出口開關(guān)跳閘
并滅磁。
由上述5 號發(fā)電機跳閘過程記錄可知，從線路
全停到發(fā)電機滅磁歷時約27 s。在線路跳閘、機組
與電網(wǎng)脫離、汽機甩負荷過程中，發(fā)電機一直處于
運行狀態(tài)，沒有任何電氣量保護動作使發(fā)電機滅磁
和跳閘，發(fā)電機完全處于被動位置。發(fā)電機勵磁系
統(tǒng)感受到發(fā)電機仍處于并網(wǎng)狀態(tài)，但實際上已處于
甩負荷狀態(tài)，電氣方面只能靠勵磁調(diào)節(jié)器自身的調(diào)
節(jié)功能來減磁降壓。而對汽機來說，由于機端斷路
器未跳閘，邏輯上判斷機組仍處于并網(wǎng)狀態(tài)，在沒
有保護動作停機的情況下，只能靠機械部分保護即
OPC 保護來動作，增加了運行風(fēng)險，一旦該保護動
作失靈，則有發(fā)生“飛車”的危險。同時，機組的
突然甩負荷也會造成電網(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)定運行帶來風(fēng)險。
另一方面，發(fā)電機突然甩負荷時，發(fā)電機的端
電壓會突然增高。在甩負荷瞬間，發(fā)電機端電壓會
異常升高至1.3 倍額定電壓甚至更高。同時發(fā)電機
轉(zhuǎn)速也會上升，從而使發(fā)電機端電壓進一步升高，
甚至達到危及設(shè)備安全的程度。在自動勵磁調(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
可以逆變的勵磁系統(tǒng)，可以在很短時間內(nèi)把電壓降
至額定值。在這次事故中，勵磁調(diào)節(jié)器動作正確，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，應(yīng)采取適當?shù)那袡C策略及其他技術(shù)措
施，防止機組出現(xiàn)超速運行，保證機組設(shè)備和廠用
電系統(tǒng)的安全。針對這種情況，國內(nèi)有些電廠以前
常采用電氣RUNBACK 策略，即線路跳閘時通過
切機避免線路過載?，F(xiàn)在則可以采用微機型安全自
動裝置來實現(xiàn)這種功能，而零功率切機裝置就是其
中較有效的一種。
2 零功率切機裝置原理與功能實現(xiàn)
零功率切機裝置是一種安全穩(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
動作切機，不參與網(wǎng)上功率的切除。多機組電廠安
裝零功率切機裝置，不僅能夠解決線路全停狀態(tài)下
的安全停機問題，更重要的是可以解決輸電線路事
故后過載的熱穩(wěn)定問題。只要能夠檢測到關(guān)鍵輸電
通道的輸電潮流，根據(jù)系統(tǒng)運行方式、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)的措施進行切機，且對切機時間要求較低。
2.1 零功率切機裝置的元件狀態(tài)判別
主要包括線路、機組、主變投停狀態(tài)判別，機
組無故障跳閘判別，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 零功率切機裝置的功能
2.2. 1 出線斷面零功率切機功能
正常運行方式下，判出雙回線同時故障或無故
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，則快切全部機組。當雙回線中一回
線檢修時，判出另一回線故障或無故障跳閘，如果
跳閘前該線功率大于“單線跳閘功率門檻”定值，則
快切全部機組。
如果只有1 臺機組運行時發(fā)生機組開關(guān)跳閘，
同樣會使出線功率驟降為0，滿足出線無故障跳閘
的判據(jù)，此時零功率切機裝置會顯示“××出線跳
閘”再發(fā)出一次空跳機組開關(guān)的命令，但此時機組
實際上并不是由該裝置跳開的。而當2 臺或更多臺
機組運行時，基本上可以不考慮同時發(fā)生機組跳閘
這種極特殊的情況。因此，當只有1 臺機組運行時，
如果零功率切機裝置檢測到出線跳閘發(fā)出切機命令
時，首先需要確定在此之前機組開關(guān)是否已經(jīng)跳
開。如果開關(guān)已經(jīng)跳開，則不是線路故障導(dǎo)致的切
機，而是存在其他原因。
此外，為了方便零功率切機功能的投退，零功
率切機裝置設(shè)置了硬壓板“零功率切機投入”。該壓
板退出時，出線斷面零功率切機功能自動退出。
2. 2. 2 出線過載切機功能
正常運行方式下，雙回線中一回線跳閘可導(dǎo)致
另一回線過載。每回線的過載設(shè)置了3 輪，每輪都
有獨立的投退控制字、過載電流定值、延時定值和
本輪動作要切機臺數(shù)。雙回線正常運行及檢修方式
下自動退出過載切機功能。
當線路過載條件滿足后，需要切除機組的原則
是：在投入了“允許切機壓板”的投運機組中選擇
功率大的切除。為方便過載切機功能的總投退，零
功率切機裝置也設(shè)置了硬壓板“過載切機投入”。該
壓板退出時，自動退出雙回線的過載判別。
在上述2種切機功能中，線路運行方式都以“線
路檢修壓板”的狀態(tài)為準，也即此硬壓板控制這2
種切機功能的投退。
3 工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問題
3.1 有關(guān)定值的整定
零功率切機裝置定值的整定，主要考慮線路各
種運行方式下的熱穩(wěn)定問題。對于線路跳閘功率門
檻值的設(shè)置，考慮機組并網(wǎng)初期所帶功率值后，通
常取為機組容量的5 %。線路電流啟動值應(yīng)考慮線
路長期和短期的熱過載能力。
3.2 與發(fā)變組保護的連接關(guān)系
零功率切機裝置發(fā)出的指令應(yīng)以開關(guān)量的形式
送至發(fā)變組保護，通過發(fā)變組保護全停跳閘出口送
至汽機保護，關(guān)閉主氣門，啟動大連鎖，實現(xiàn)安全
停機，從而減小對熱力設(shè)備的沖擊。
關(guān)于發(fā)電機過電壓保護的設(shè)置問題。按照《繼
電保護安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，如果設(shè)置了
變壓器過激磁保護(無出口斷路器)，可不設(shè)發(fā)電機
過電壓保護。此外，雖然勵磁調(diào)節(jié)器在甩負荷時可
快速將升高的發(fā)電機電壓降至額定值，但為防止在
線路全停情況下發(fā)電機電壓的突然升高，可設(shè)置過
電壓保護作為后備保護。
3. 3 離線策略的制定
應(yīng)根據(jù)實際機組臺數(shù)和運行容量，并針對輸電
線路發(fā)生N- 1、N- 2??故障情況下的各種運行方
式，分別制定不同的機組減負荷及切機策略，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
切機裝置后，曾發(fā)生過1 次由2 條送出線路同時故
障而造成的停機事件。但由于裝置的正確動作，使
電氣保護動作啟動熱工保護停機、停爐，所以雖然
發(fā)生了全廠停電事故，但并沒有造成任何重大設(shè)備
損壞。
4 結(jié)束語
由于電網(wǎng)建設(shè)的相對滯后，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)安裝零功率切機裝置，
可避免線路發(fā)生熱穩(wěn)定問題和電源重大設(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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