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斷面零功率情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析

文檔作者：楊文超1 劉愛晶1 趙偉2 龍梅3 李鳳軍4 文檔來源： 1.北京國華電力技術(shù)研究中心有限公司2.廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司3.河北國華滄東發(fā)電有限公司 4.陜西國驊錦界能源有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月07日
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斷面零功能情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析
350
斷面零功率情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析
楊文超1，劉愛晶1，趙 偉2，龍 梅3，李鳳軍4
(1.北京國華電力技術(shù)研究中心有限公司，河北 燕郊 065201;2.廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東 臺山 529200)
(3.河北國華滄東發(fā)電有限公司，河北 滄州061110;4.陜西國驊錦界能源有限公司，陜西 神木 719319)
摘要：由于大型發(fā)電機(jī)組輸送通道的制約，存在發(fā)電廠輸送斷面零功率的情況。結(jié)合一起事件說
明應(yīng)采用安穩(wěn)裝置來保證這種情況下機(jī)組和廠用電的安全，提出了采用零功率切機(jī)裝置的必要
性，并介紹了裝置的具體工作原理和控制策略。
關(guān)鍵詞：斷面零功率、零功率切機(jī)、大型發(fā)電機(jī)組、安全控制策略
0 引言
隨著我國電力建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，電源建設(shè)
取的了很大成就，據(jù)有關(guān)資料介紹，到2010 年我
國火電裝機(jī)容量將達(dá)7000 億千瓦?；痣姍C(jī)組的快
速建設(shè)，對電網(wǎng)建設(shè)也起到了推動和促進(jìn)作用，同
時，在電力輸送通道建設(shè)中采用了緊湊型線路、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。這些
新技術(shù)的使用，為功率的穩(wěn)定輸出提供了有效的保
證，但由于輸電線路的同時故障，會增加輸電線路
故障的幾率，造成機(jī)組無法輸出功率，對機(jī)組熱力
設(shè)備產(chǎn)生一定的危害和影響，因此，在電廠側(cè)必須
采取對策，使幾臺機(jī)組在系統(tǒng)輸送通道故障情況下
安全可靠的停機(jī)。
近幾年，世界范圍內(nèi)的大停電事故為我國電網(wǎng)
的安全穩(wěn)定敲響了警鐘，大容量機(jī)組的突然缺失同
樣會給電網(wǎng)造成穩(wěn)定問題。電網(wǎng)穩(wěn)定問題歷來受到
電網(wǎng)部門的重視，而大型發(fā)電公司由于送出線路故
障而造成功率無法送出，機(jī)組突然甩負(fù)荷，過剩的
能量使發(fā)電機(jī)組加速，對機(jī)組熱力系統(tǒng)造成沖擊，
同時廠用電系統(tǒng)能否正確切換，對機(jī)組產(chǎn)生的影響
也是巨大的。如果機(jī)組保護(hù)裝置動作不利，同樣可
能會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
1 某電廠線路故障時機(jī)組跳閘事件
情況
1.1 某電廠發(fā)生的事件介紹：
某電廠3臺600MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)出口設(shè)置了斷路
器，經(jīng)主變壓器連接至500kV系統(tǒng)，廠內(nèi)升壓站主接
線型式為3/2接線，3臺機(jī)組設(shè)2個完整串，一個不
完整串，經(jīng)兩條同桿架設(shè)的雙回線路送至對端變電
站。機(jī)組啟動時，斷開發(fā)電機(jī)出口斷路器，由主變降
壓經(jīng)高壓廠變至廠用段。線路側(cè)兩條線同桿架設(shè)直接
送到對端500kV變電所。主接線如圖1所示。
2007年X月X日500kV系統(tǒng)5011、5012、5013、
5031、5032、5033開關(guān)均在合閘位置，#4 發(fā)變組檢
修5021、5023開關(guān)分閘， #3 主變倒送電，機(jī)組停
運(yùn)、#5 發(fā)變組及甲、乙線正常運(yùn)行；
8 時41 分09 秒，甲線B 相故障，5031、5032
斷路器B 相跳閘，2183ms 后5031、5032 斷路器三
相跳閘；8 時43 分17 秒，乙線C 相故障，5012、
5013斷路器C相跳閘，2175ms后5012、5013斷路
器三相跳閘， #5 機(jī)組首出汽機(jī)跳閘，低頻保護(hù)動
作跳發(fā)電機(jī)出口805開關(guān)并滅磁。送出線路甲、乙
線同桿并架，在X 號塔處先后發(fā)生甲線B相放電，
乙線C相對地放電事故。由于同桿架設(shè)的兩條線不
同相，先后對地放電形成永久性故障，造成兩條線
路同時跳閘，機(jī)組突然甩負(fù)荷，整個電廠輸出斷面
功率突然為零，500kV 升壓站全站失壓。
事故發(fā)生時恰只有#5 機(jī)組正常運(yùn)行，未造成重大的
損失。
1.2 下面給出#5 發(fā)電機(jī)跳閘過程記錄。
08：39：00：351 0PC動作（第1 次） 08：
39：00：368 恢復(fù)
08：39：00：383 0PC動作（第2 次） 08：
39：05：090 恢復(fù)
08：39：09：392 0PC動作（第3 次） 08：
09：09：403 恢復(fù)
08：39：10：977 EH 油泵A 因EH 油壓低聯(lián)鎖
啟動（EH油泵B 在運(yùn)行）
08：39：10：161 0PC動作（第4 次） 08：
09：12：674 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
斷面零功能情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析
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08：39：26：106 MFT
08：39：26：131 低頻保護(hù)動作
08：39：27：086 主開關(guān)805 跳閘、滅磁開
關(guān)跳閘。
圖1 某電廠主接線示意圖
1.3 相關(guān)保護(hù)動作說明：
線路跳閘后，汽機(jī)機(jī)械部分保護(hù)OPC動作四次，
轉(zhuǎn)速在動作過程中出現(xiàn)兩個波峰，第一個波峰最大
轉(zhuǎn)速為3131r/min，第二個波峰最大轉(zhuǎn)速為3107
r/min。在OPC 動作后EH 油壓(母管)從13.95Mpa,
逐漸下降,備用EH 油泵A聯(lián)啟（聯(lián)鎖值為11.2Mpa，
動作正確）后，EH 油壓繼續(xù)降低,最后在母管壓力
顯示11.08Mpa 時，ETS 系統(tǒng)EH 油壓低保護(hù)動作開
關(guān)動作（設(shè)定值為9.5Mpa）,機(jī)組跳閘。
電網(wǎng)調(diào)度部門給出的#5 機(jī)組高頻保護(hù)整定值
為51.5Hz，5s，OPC動作后，轉(zhuǎn)速下降，高頻保護(hù)
未動作。
汽機(jī)跳閘后，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，達(dá)到低頻保護(hù)定
值為47.2Hz 時，保護(hù)動作出口跳閘并滅磁。
由上述過程看到，在線路跳閘，機(jī)組與電網(wǎng)脫
離，汽機(jī)甩負(fù)荷過程中，發(fā)電機(jī)一直處于運(yùn)行狀態(tài)，
沒有任何電氣量保護(hù)動作于發(fā)電機(jī)滅磁和跳閘，發(fā)
電機(jī)完全處于被動狀態(tài)，從發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)感受到
的仍是發(fā)電機(jī)處于并網(wǎng)狀態(tài)，但實(shí)際上已處于甩負(fù)
荷狀態(tài)（發(fā)電機(jī)甩無功），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(jī)而言，
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)，沒有保護(hù)停機(jī)，只能靠機(jī)械轉(zhuǎn)速控制，也
即OPC 保護(hù)來動作，增加了運(yùn)行風(fēng)險。造成上述
情況的原因在于沒有充分考慮輸送斷面零功率情
況下如何使機(jī)組安全停下來的策略。同時，機(jī)組的
突然甩負(fù)荷也會造成電網(wǎng)功率突然缺失，引起頻率
的異常變化，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來風(fēng)險。
進(jìn)一步分析，發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時，發(fā)電機(jī)的
端電壓會突然增高。在甩負(fù)荷瞬間，發(fā)電機(jī)端電壓
會升高至1.3 倍額定電壓，同時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也要上
升，這就造成發(fā)電機(jī)端電壓更加升高，以至達(dá)到危
及設(shè)備安全的程度。在自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，快速的、
高的電壓放大倍數(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。這次
事故，勵磁調(diào)節(jié)器動作正確，也保證了未發(fā)生任何
損壞設(shè)備的事件。
從該事件過程看，電氣專業(yè)應(yīng)采取必要的技術(shù)
措施，防止線路斷面零功率或低功率時，汽輪發(fā)電
機(jī)組的超速運(yùn)行，在送出線路異常時，采取適當(dāng)?shù)?
切機(jī)策略，保證機(jī)組和廠用系統(tǒng)的安全。對于這種
情況，國內(nèi)以前有些電廠采用所謂的電氣
RUNBACK策略，即線路跳閘時通過切機(jī)避免線路
過載，而現(xiàn)在可采用微機(jī)型安全自動裝置，來實(shí)現(xiàn)
這種功能。零功率切機(jī)裝置就是目前采用的有效裝
置之一。
2 零功率切機(jī)裝置原理、功能介紹
零功率切機(jī)裝置也是安穩(wěn)裝置的一種，只是其
安裝于電源側(cè)，作為電源側(cè)送電容量大小的判據(jù)，
動作于切機(jī)，而不參與網(wǎng)上功率切除的動作。下面
以上例介紹其原理和功能。
2.1 出線斷面零功率切機(jī)功能
(1) 正常運(yùn)行方式下，判出甲乙雙回線同時故
3號發(fā)變組
乙線
5013
5012
5011
500kV I母
500kV II母
4號發(fā)變組
5023
5021
5號發(fā)變組
甲線
5033
5032
5031
50111
50112
50121
50122
50131
50132 50232
50231
50212
50211
50332
50331
50322
50321
50312
50311
斷面零功能情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析
352
障或無故障跳閘，如果跳閘前雙線功率和大于“雙
線跳閘功率門檻”定值，則快切全部機(jī)組。
(2) 當(dāng)甲乙雙線中一回線檢修時，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(jī)組。
(3) 為了方便零功率切機(jī)功能的投退，設(shè)置硬
壓板“零功率切機(jī)投入”，該壓板退出，自動退出
出線斷面零功率切機(jī)功能。
(4)本功能切機(jī)時不受允許切機(jī)壓板控制，只
要條件滿足那么就全部幾臺機(jī)組都切除。
（5）如果只有一臺機(jī)組運(yùn)行時，發(fā)生機(jī)組開關(guān)
跳閘，同樣會使出線功率驟降為零，滿足出線無故
障跳閘的判據(jù)，此時裝置會顯示“××出線跳閘”
再發(fā)出一次空跳機(jī)組開關(guān)的命令，但此時機(jī)組并非
由穩(wěn)控裝置跳開。而兩臺或更多臺機(jī)組運(yùn)行時，不
考慮同時發(fā)生機(jī)組跳閘的特殊情況。因此，當(dāng)一臺
機(jī)組運(yùn)行時，若穩(wěn)控裝置檢測到出線跳閘發(fā)出切機(jī)
命令，首先需要確定在收到穩(wěn)控裝置發(fā)來的跳閘命
令前，機(jī)組開關(guān)是否已經(jīng)跳開，如果有則不是線路
發(fā)生故障導(dǎo)致切機(jī)，要檢查廠內(nèi)導(dǎo)致機(jī)組開關(guān)跳開
的其他原因。
2.2 出線過載切機(jī)功能
(1) 正常運(yùn)行方式下，雙回線中一回線跳閘，
可導(dǎo)致另一回線過載。每回線的過載設(shè)置了3輪，
每輪都有獨(dú)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(jī)臺數(shù)。
(2) 雙回線正常運(yùn)行及檢修方式下自動退出過
載切機(jī)功能。
(3) 為方便過載切機(jī)功能的總投退，設(shè)置硬壓
板“過載切機(jī)投入”，該壓板退出，自動退出兩回
線的過載判別。
(4) 當(dāng)線路過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
擇功率大的機(jī)組切除。
在兩種切機(jī)功能中，線路運(yùn)行方式都以“線路
檢修壓板”狀態(tài)為準(zhǔn)，也即此硬壓板控制功能的投
退。
3 工程應(yīng)用
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，碰到了一次兩條送出線路同時故障
而造成的停機(jī)事件，由于裝置的正確動作，由電氣
保護(hù)動作啟動熱工保護(hù)停機(jī)停爐。雖然發(fā)生了全廠
停電事故，但沒有發(fā)生任何重大設(shè)備損壞，安穩(wěn)裝
置發(fā)揮了巨大作用。
斷面零功率切機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)通常由一套主機(jī)、
一套（或幾套）從機(jī)構(gòu)成，每一從機(jī)負(fù)責(zé)36 路模
擬量采樣、開入量采樣、計(jì)算、進(jìn)行線路、主變、
發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式、故障判斷，將結(jié)果上送給主機(jī)；
主機(jī)負(fù)責(zé)收集從機(jī)的判斷結(jié)果，接收其它站的信
息，進(jìn)行綜合處理和控制，負(fù)責(zé)對外的通信。
下面給出某廠（4 臺機(jī)組）零功率切機(jī)裝置的
定值和動作報(bào)告。
表1 零功率切機(jī)裝置的定值
主機(jī)定值
序號 定值名稱 數(shù)值 序號 定值名稱 數(shù)值
1 雙線跳閘功率門檻 90MW 14 I線過載三輪N1 0臺
2 單線跳閘功率門檻 90MW 15 II線過載一輪投 1
3 I線過載一輪投 1 16 II線過載一輪I1 2463A
4 I線過載一輪I1 2463A 17 II線過載一輪T1 0.25S
5 I線過載一輪T1 0.25S 18 II線過載一輪N1 1臺
6 I線過載一輪N1 1臺 19 II線過載二輪投 1
7 I線過載二輪投 1 20 II線過載二輪I1 2069A
8 I線過載二輪I1 2069A 21 II線過載二輪T1 0.5S
9 I線過載二輪T1 0.5S 22 II線過載二輪N1 1臺
10 I線過載二輪N1 1臺 23 II線過載三輪投 0
11 I線過載三輪投 0 24 II線過載三輪I1 1200A
12 I線過載三輪I1 1200A 25 II線過載三輪T1 9S
13 I線過載三輪T1 9S 26 II線過載三輪N1 0臺
斷面零功能情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析
353
表2 零功率切機(jī)裝置的定值
從機(jī)定值
序號 定值名稱 數(shù)值 序號 定值名稱 數(shù)值
1 I線接入類型 1 19 II線電流起動 160A
2 I線額定線電壓 500kV 20 II線功率起動 80MW
3 I線額定線電流 3200A 21 II線調(diào)閘前功率 120MW
4 I線HWJ接入 0 22 II線調(diào)閘后功率 36MW
5 I線投運(yùn)電流 261A 23 II線重合時間 700MS
6 I線投運(yùn)功率 100MW 24 II線無故跳時間 110MS
7 I線電流起動 160A 25 #1 機(jī)組額定線電壓 500kV
8 I線功率起動 80MW 26 #1 機(jī)組額定線電流 1250A
9 I線調(diào)閘前功率 120MW 27 #1 機(jī)組投運(yùn)功率 100MW
10 I線調(diào)閘后功率 36MW 28 #2 機(jī)組額定線電壓 500kV
11 I線重合時間 700MS 29 #2 機(jī)組額定線電流 1250A
12 I線無故跳時間 180MS 30 #2 機(jī)組投運(yùn)功率 100MW
13 II線接入類型 1 31 #3 機(jī)組額定線電壓 500kV
14 II線額定線電壓 500kV 32 #3 機(jī)組額定線電流 1250A
15 II線額定線電流 3200A 33 #3 機(jī)組投運(yùn)功率 100MW
16 II線HWJ 接入 0 34 #4 機(jī)組額定線電壓 500kV
17 II線投運(yùn)電流 261A 35 #4 機(jī)組額定線電流 1250A
18 II線投運(yùn)功率 100MW 36 #4 機(jī)組投運(yùn)功率 100MW
表3 動作報(bào)告
啟動前200MS主機(jī)模擬量數(shù)據(jù)
I線功率 302MW I線電流 339A
II線功率 302MW II線電流 335A
#1 機(jī)組功率 303MW #2 機(jī)組功率 307MW
序號 動作相對時間 動作元件
1 285MS I、II雙線跳閘
2 285MS 發(fā)切#1 機(jī)指令
3 285MS 發(fā)切#2 機(jī)指令
4 290MS 切#1機(jī)動作出口
5 290MS 切#2機(jī)動作出口
起動后變位報(bào)告
序號 相對時間 動作名稱及變位 序號 相對時間 動作名稱
1 27MS I線突變起動1→0 6 90MS #2 機(jī)組投運(yùn)1→0
2 27MS II線突變起動1→0 7 214MS II線投運(yùn)1→0
3 79MS I線突變起動0→1 8 284MS I線投運(yùn)1→0
4 79MS II線突變起動0→1 9 287MS I線突變起動1→0
5 89MS #1 機(jī)組投運(yùn)1→0 10 287MS II線突變起動1→0
11 213MS II線無故障跳0→1 13 5232MS I線無故障跳1→0
12 283MS I線無故障跳0→1 14 5232MS II線無故障跳1→0
斷面零功能情況下大型發(fā)電機(jī)組安全控制策略分析
354
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，會造成
電廠送出功率斷面為零的情況，對熱力設(shè)備和電廠
安全產(chǎn)生威脅，電源側(cè)的安全穩(wěn)定裝置采用合適的
安全策略，可發(fā)揮可靠的作用。零功率切機(jī)裝置的
采用，可避免電源重大設(shè)備事故的發(fā)生，必將產(chǎn)生
積極的效果，適于在電源側(cè)推廣使用。
楊文超（1965、11-），畢業(yè)于天津大學(xué)，高級工程師，
長期從事發(fā)電公司電氣專業(yè)技術(shù)研究和技術(shù)管理工作
(上接336 頁)
Discussion on the Resolution about the Three DC Systems Coordinated Control
of Jingshajiang Phase I Power Transmission Project
Ma Jinxia Ma Yiqing Yan Jun
(Central Southern China Electric Power Design Institute, HuBei WuHan 430071)
Abstract: According to the central China power grid and national power grid planning in 2018, the Jinshajiang power transmission
system unipolar or bipolar DC fault would cause system instablility and to prevent system breakdown must trip a great many of
generating capacity in the sending end of the DC systems. This paper proposed an approach based on DC systems coordinated
control to reduce the tripped generating capacity, which emergency runs up the parallel DC system transmission capacity while one
of the DC systems faulted. And according to the Jinshajiang power transmission project construction program, which the three DC
system use a shared earth pole, this paper presents an initial implementation of the three DC systems coordinated control.
Key words: DC; coordinated control; condition; implementation

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