基于Matlab的大机组程序逆功率停机事件的分析

邢瑞江

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

基于Matlab的大机组程序逆功率停机事件的分析

邢瑞江

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

随着发电机容量的不断增加，机组通过发电机逆功率保护动作停机的方式逐渐在许多发电厂得到推广使用。但是发电机组通过程序逆功率保护动作解列停机失败的案例也经常发生，并且在新建大型发电机组的停机应用过程中尤为显现。为保证电厂汽轮发电机组的安全可靠停运，充分发挥发电设备的使用寿命和能效，本文利用Matlab工具，从功率、阻抗角和运行操作流程等，对一次典型的程序逆功率停机事件进行深入剖析，并结合实际给出具体的建议。

大型发电机组；逆功率；Matlab

0　引言

某电厂为2×660MW超临界空冷燃煤发电机组，发电机为QFSN-660-2-22型的全封闭、水氢氢冷却、圆筒型转子、同步交流发电机。发变组保护装置为RCS-985型的微机发电机变压器组成套保护装置。

2014年04月20日11时31分，#1发电机组在正常停机过程中，发变组保护A柜装置出现“启动”，B柜保护装置显示“程序逆功率”动作报告，但出口继电器没有动作且跳闸灯没有点亮。现场人员对程序逆功率保护进行静态测试，装置采样和动作逻辑符合要求。

2014年9月30日23时26分，#2机组停机时汽机跳闸、锅炉MFT，检查发现发变组7521断路器未跳闸，有功功率显示-9.7MW，最大显示-11.06MW。汽轮机关主汽门后，#1发电机逆功率保护均未动作跳闸出口，发变组7521断路器由运行人员手动打跳。

该电厂的停机流程是：负荷降至64MW（10%），接到值长机组解列命令，汽轮机打闸停机，发电机程序逆功率保护动作解列发变组，检查发变组出口主开关跳闸，灭磁开关跳闸，发电机三相定子电流指示为零，发电机定子电压、励磁电压、励磁电流下降至零。

1　保护的逻辑和判断

RCS-985保护装置包含两个独立的CPU系统：低通、AD采样、保护计算、逻辑输出完全独立，CPU2系统作用于启动继电器，CPU1系统完成逻辑运算，作用于跳闸矩阵。当装置CPU1板（完成逻辑运算功能）和CPU2（启动判据的检测，开放继电器的正电源）采样数据同时满足保护的动作判据，经动作延时后，保护才能出口跳闸。如果只有CPU1板满足，CPU2不满足判据时，装置会给出动作报文，不会出口跳闸和点动作灯；若只有CPU2板满足，CPU1不满足判据时，装置会启动，不会出口跳闸和点动作灯；如果CPU1板满足，CPU2也满足判据，在延时过程中，有返回的话，装置只会给出启动报文，不会出口跳闸和点动作灯。

就地检查发变组保护A、B柜发现，A柜程序逆功率保护有保护动作报告，而实际并未出口，根据动作报告初步判断，是本次停机时机组实际产生的逆功率处于程序逆功率定值5W的边界即死区，用于逻辑运算判断保护类别的保护板采集到了，但负责开放继电器+24V电源保证出口的管理板未采集上，所以保护柜只有动作报文，而实际未出口跳闸。

2　Matlab仿真计算分析

2.1功率的仿真计算

使用Matlab工具对事件做进一步分析，通过模拟RCS-985B的功率计算方法，对装置录波中的发电机电流、电压数据进行处理。不同厂家的互感器由于结构、设计参数的不同，传变角差不同，计算功率值时需根据各自的硬件参数进行补偿。由于装置中的互感器非理想变压器，有传变角差，装置在计算功率过程中，对各相阻抗角度进行了补偿，以得到真实的功率值。将计算得到的功率值与装置的功率录波值进行对比，如图1所示。可见，计算出来的功率值与录波的功率值基本吻合。

2.2阻抗角的仿真计算

仅以B相为例，计算保护装置和故障录波器的录波数据的阻抗角，并进行对比分析。

图1　功率计算值与录波值对比图

图2　装置录波数据得到的B相电压与B相电流的夹角

首先，使用Matlab工具计算保护装置数据中B相的阻抗角φ，计算结果如图2所示。由于录波数据为两段（第一段为保护启动前后数个周波，第二段为保护动作前后数个周波）拼接而成，在拼接点附近功率计算值抖动，以稳定状态的功率计算值为准。

然后，使用matlab工具计算故障录波器波形中B相的阻抗角度，计算结果如图3所示。

故障录波器与保护装置来自不同厂家，所使用的互感器的材料、结构、设计参数不同，互感器的传变会产生不同的相位角差。由图2可以看出，保护装置的B相阻抗角为264.7°；而由图3得到，故障录波器的B相阻抗角为266.7°；二者阻抗角的差值为2.0°，基本在误差允许的范围内。

图3　故障录波器数据得到的B相电压与B相电流的夹角

2.3仿真计算结果

由于装置所用互感器非理想变压器，存在传变角差，装置计算功率时对此进行了补偿，经Matlab仿真计算，装置计算功率值与仿真计算结果基本吻合。计算保护装置和故障录波器的录波数据的阻抗角，二者阻抗角的差值也在误差的允许范围之内，结果基本一致。

3　结语

根据以上仿真计算的结果，说明保护装置逻辑运算正常，保护没有出现误动。鉴于发电机两次程序逆功率异常停机的实际情况，对保护给出几点具体的建议：

（1）不推荐采用关主汽门的硬接点直接出口跳发变组高压侧断路器。也就是以前电厂采用的关主汽门硬接点接到电气保护装置里的热工保护直接出口全停。理由很简单：万一由于人为误碰或其他原因使关主汽门硬接点误闭合将会造成机组全停，可靠性极差。必须有逆功率条件闭锁，进行程序跳闸。

（2）可根据两次异常停机时的逆功率实测数据，修改发电机程序逆功率保护的整定值。同时注意定值的修订计算是基于主汽门可完全关闭（无泄漏）为前提条件的，若主汽门不能完全关闭，上述定值应根据实际情况再行调整，以免造成保护再次拒动。

（3）国能安全［2014］161号《防止电力生产事故的二十五项重点要求》规定：“8.1.7机组停机时，应先将发电机有功、无功功率减至零，检查确认有功功率到零，电能表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用汽轮机手动打闸或锅炉手动主燃料跳闸联跳汽轮机，发电机逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。”因此，应对该电厂运行规程中的停机流程进行修改完善，防止出现带负荷（包括有功功率和无功功率）解列。

［1］GB/T14285-2006，继电保护和安全自动装置技术规程［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［2］国能安全［2014］161号，防止电力生产事故的二十五项重点要求［S］.国家能源局，2014.

［3］南瑞继保.RCS-985发电机变压器成套保护装置技术使用说明书［Z］.南京南瑞继保电气有限公司，2001.

［4］冯亮.电厂逆功率保护停机的改进［J］.华电技术，2008，30（05）：39，40.

Analysis of Program Matlab Unit Based on Inverse Power Outages

XING Rui-jiang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

With the increasing capacity of generator，the generator reverse power protection unit shutdown has been used widely in many power plants.But the generator reverse power protection action process to jump out of shutdown failure cases are often happened，particularly apparent in the new large generating units shut down the application process.In order to ensure the safety and reliability of the power plant turbine generator outage，give full play to the service life and efficiency of power generation equipment，in this paper，using the Matlab tool，from the power，impedance angle，operation process and other，a typical program reverse power shutdown event is analyzed，combined with the actual specific suggestions.

large generating units；reverse power protection；matlab

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.010

TM621

B

2095-3429（2015）04-0036-03

2015-07-27

修回日期：2015-08-25

邢瑞江（1974-），男，河南获嘉人，本科，高级工程师，主要从事发电厂电气继电保护技术工作。