皖能铜陵发电公司#5机组保护调试问题分析

2012-06-12叶朋珍

综合智慧能源 2012年2期

叶朋珍

(皖能铜陵发电公司，安徽铜陵 244000)

0 引言

皖能铜陵发电公司#5机组为安徽省首台百万千瓦机组，#5机组三大主机均采用上海电气电站设备有限公司的产品。发电机型号为THDF－125/67，额定容量为1112MV·A，额定功率为1000MW，发电机出口电压为27 kV;主变压器为SFP－1 140 MV·A/500 kV变压器，采用ABB公司生产的REG 670和RET 670保护。

该工程自2008年开工建设，于2011年5月168 h试运行结束后并网发电，历时25个月;机组从2010年9月开始单体调试到2011年5月结束，历经8个月。在发电机保护的调试和整组启动过程中出现了若干问题，部分是由于设计、设备安装、保护装置本身功能所限导致的，部分是人员对设备不熟悉造成的，现在就调试过程中出现的几个问题进行分析。

1 定子接地保护

作为大型发电机，为降低发电机暂态或动态过电压，控制过电压值在2.6 p.u.之内，大机组一般采用中性点经配电变压器高阻接地。由于发电机定子绕组采用水冷，回水管就在机端和中性点引出线附近，很容易造成引水管渗漏而导致发电机定子接地。

#5机组的定子接地保护采用基波加三次谐波组成的定子接地保护(如图1所示)。刚开始由于设计院未核算接地电流和人员不熟悉设备等原因，整定为基波和三次谐波均经过长延时(t=5.0 s)发信号，后经业主审核，重新核算了定子单相接地故障时流经接地点的故障电流。由于机组出口有全封闭母线、出口断路器、主变压器、2台高压厂用变压器等设备，电容高达0.794μF，而且出口电压为27kV，计算接地故障电流高达16.5 A。由于故障电流太大，故投入基波和三次谐波跳闸功能，基波延时0.5 s，三次谐波延时 5.0 s。

图1 定子接地保护

《国网公司二十五项反措实施细则》规定:大机组均需安装定子接地保护，基波原理投入跳闸，三次谐波投信号。在考虑皖能铜陵发电公司#5机组是否投入三次谐波跳闸功能时，由于定子接地电流很大，造成主设备损坏严重。据统计，当故障电流超过5 A时，就可能导致发电机十六七片定子铁芯叠片烧坏且修复困难，致使停机时间过长，所以，投入基波和三次谐波跳闸功能，以确保主设备的安全。另一种观点认为:对于大机组来说，定子接地短路应该投信号，通过转移负荷实现平稳停机，避免盲目跳闸对机组的损害。同时，鉴于三次谐波保护在运行时受负荷、运行方式乃至外界因素影响比较多，三次谐波跳闸的历史记录也表明误动概率比较大，故应该投入跳闸还是应该投信号，是值得商榷的。为了实现定子绕组的100%保护，可以考虑将保护改造为注入式定子接地保护，以实现对大容量机组定子绕组100%范围内的保护。

2 转子接地保护

#5发电机转子接地保护利用注入式原理(如图2所示)，经隔离变压器给转子注入一交流50 Hz电源。由于设计院设计的交流电源直接从PT二次回路取线电压，但在调试过程中由于发生对PT回路干扰、回路放电等故障，后变更为取交流UPS电源作为注入式电源，避免对PT二次回路的干扰。由于ABB公司REG 670保护里面的逻辑只设计为唯一的纯过流功能，在原理上只采用了一段投信号、二段投跳闸的一点接地保护，并且没有二次谐波制动、2点接地、接地位置检测等功能。

图2 注入式转子接地保护原理图

调试时，在发电机空载和带载过程中做励磁绕组一点接地试验，分别接5 kΩ和500 Ω的接地电阻。测量接地电流分别为124 mA和430 mA，后经协商，综合考虑可靠性和灵敏性，取一段报警电流为130 mA，二段跳闸电流为450 mA。发电机运行实践表明，保护原理简单可靠，能够很好地对发电机转子接地故障进行保护。

3 功率保护

#5发电机配置的功率保护有低功率保护、逆功率保护及程序逆功率保护，与原来的大型发电机保护相比，多加装了低功率保护，动作值设定为 1.5%Pn，延时30.0 s，动作于停机。低功率保护一般用于核电机组，由于核电机组的汽轮机低压缸叶片长，低功率运行时蒸汽与长叶片摩擦会使叶片过热，导致汽轮机出现故障。笔者认为，常规火电机组装设发电机逆功率保护一般可满足规程及设备的要求，而且设备厂家也提供了逆功率运行程度与逆功率保护要求，故可以退出低功率保护，只用整定逆功率即可。

皖能铜陵发电公司#5机组是通过发电机变压器组－线路接线方式送至电网，主接线方式比较薄弱，只要线路或主变压器出现故障，就会导致发电机无法往网上送电。而防止汽轮机超速是一个重点反措项目，是保证机组安全的一个重要方面。故笔者认为，皖能铜陵发电公司现有的功率保护方案不完善，应该加装零功率保护，从而在线路故障情况下快速判断是否发生了功率不能送出的工况，能很好地防止汽轮机超速和发电机端电压上升，保护机组和热力系统的安全。

发电机零功率保护主要是应对大容量机组在满载情况下因非继电保护动作而发生功率突降为零时，高压侧电压迅速升高、机组转速迅速上升，锅炉水位急剧波动情况的保护，零功率保护主要采用ΔP/Δt作为动作量，但由于REG 670没有变化量的测量模块，故需要自己通过逻辑来实现该保护。通过对REG 670保护模块的研究，设计出如图3所示的逻辑。在图3中:P＞Pset.1为过功率模块;U1＜为低电压模块;MTVC代表主汽门节点位置;U2＞为过电压模块;T1为瞬时启动延时返回模块;T2为延时启动瞬时返回模块。当发电机有功功率由大于Pset.1突然降到低功率 Pset.2时，P ＞ Pset.1过功率模块瞬时动作，延时t1后返回，0＜P＜Pset.2低功率模块瞬时动作。如果发电机有功功率从 Pset.1降到 Pset.2的下降时间小于t1，保护逻辑可靠动作出口。该保护受机端低电压、负序过电压、主汽门位置接地闭锁，低功率模块中P＞0可以防止振荡时误动，主汽门关闭时，闭锁逻辑出口，保证保护不误动。此外，为了保证功率保护动作的正确性，对于功率保护的电流互感器，在有条件的情况下应该使用测量级的电流互感器，设计院设计时就要考虑到此点。

图3 零功率保护逻辑

4 频率保护

汽轮机的叶片有自身的共振频率，当系统频率异常时，汽轮机叶片可能发生共振，从而导致其材料迅速疲劳而造成事故。材料出现疲劳有个积累过程，也就是说，汽轮机叶片有个共振允许的经历时间(即“终身”累积时间)，故加装低频保护。从原理上来看，由于系统扰动引起的频率偏移通常伴随着电压偏移，所以该保护的设计应当基于发电机频率和电压偏差下所允许的负荷特性，该保护应该与#5发电机电压频率偏差限制曲线相配合取值。ABB公司REG 670保护没有实现对于频率段的积累保护，在频率上只采用了三段式频率保护，2段报警，1段跳闸，过频段只投入了1段报警。由于发电机对频率偏差的反映为时间的积累，故频率保护在原理上最好是频率段运行时间的积累，而不仅仅是频率的某一定值保护。

5 备用变压器系统问题

#5机组厂用电接线方式如图4所示。采用发电机出口设置断路器的接线方式，厂用电可靠性非常高，可以不考虑主变压器、高压厂用变压器故障时的厂用电快速切换，因此，优化设计时将原来的2台启动备用变压器作为停机电源考虑。启动备用变压器容量为25 MV·A，每个6 kV工作段均不设置厂用电快切装置，只设置了备自投装置。目前机组属于发电机变压器组－线路接线，只要线路、主变压器、厂用变压器任一设备出现故障，都会导致发电机全停。厂用6 kV四段母线带有大量负荷(最大电动机负荷达7800 kW)，同时往备用变压器自投，电动机群自启动将会导致备用变压器过载跳闸，从而给厂用电系统的安全、稳定运行带来了极大的影响，故障情况下不能保证安全停机、停炉。

图4 厂用电接线

6 REG 670保护调试

REG 670保护是ABB公司最新产品，由于对设备不够了解，在调试过程中不同程度地出现了一些问题。REG 670保护中的定值、测量显示值均为一次值，故在定值整定、调试的时候一定要注意(特别是变比的整定)，#5机组调试期间就出现过由于PT变比误整定，保护长期启动的情况。对于保护基准值的整定也要注意，所有定值都是基于基准值的百分比来计算的，基准值错误的话，动作值肯定错误，特别是TRV模块里面的UBase整定，要与实际情况一致。调试过程中，对输入的测试量均需要转化为一次值计算，确定保护动作的正确性，所以，单体调试也是一项非常细致的工作。