电网故障导致1000MW发电机组跳闸分析及解决对策

李锦双　王师

摘要：在1000MW发电机组特大容量的发电机组装机过程中，需要综合考虑各种情况，否则极容易造成事故的发生。文章通过对一起电网故障的问题进行分析，探究造成电网跳闸的具体原因，并指出排除故障的方式，以期能够有效地提高1000MW发电机组的稳定性。

关键词：1000MW发电机组；电网故障；保护动作；跳闸故障；负荷波动 文献标识码：A

中图分类号：TM751 文章编号：1009-2374（2016）19-0126-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.060

1 事故的经过分析

在电网的维护中，如何正确识别机组的各种工况，是对大机组进行维护的前提，如果不能熟练地对机组的工作情况进行分析，就不能有效地采用正确的方法对机组进行保护。某发电厂有两台1000MW的发电机组在具体的工作中出现事故，它采用500kV线路连接至变电站500kV的母线，该母线B相接地短路并且符合工作管理要求，在50ms内能够切除线路故障。但是在工作的过程中，1台机组在电网故障时发生负荷波动，电压由664MW下降到332MW，出现电压波动后回升到664MW。机组长发出甩负荷指令，将机组的调节气门关闭，机组逆功率运行，在保护动作经过30s后，机组停止工作。

发电厂、变电站500kV母线采用的是并列运行方式并入电网，母联开关接入电网。在发电厂端，开关501、551、553等接入母线Ⅱ运行，对发电厂的电机进行控制，502、552、554开关接入母线I并入电网。

500kV变电站的B相接地短路时母差开始保护动作，开关断开转向连接，使得线路开关551乙及555联通，保护电路接通，在经50ms后电路故障切除，线路恢复接通。由于发电厂的2#发电机发生故障，使得线路的功率发生变化，从645MW快速地突变为300MW，这样就触发了DEH指令，高、中压调门能够快速关闭，促进电路的负荷下降到170MW作用，机组的机长发出甩负指令，DEH控制系统对汽轮机的转速进行控制，以降低线路的负载，使得线路的负荷变为-12MW，最终保证线路负荷的稳定，在经过一系列的动作之后，32s后“发变组第一套保护逆功率跳闸”保护动作，开始对电网的负荷进行保护动作，触发汽轮机跳闸，进而触发锅炉MFT的保护动作，这样就引发了“发电机保护动作”和“汽机跳闸”等一系列的动作。

当电网发生故障时，1#发电机功率就会从644MW变为300MW，然后又突变为658MW，造成电网的电压发生波动，触发DEH快速发出指令，汽轮机组的高、中压就会快速关闭，线路的电压降低，促使线路的负荷降低到-130MW，在2s后，DEH指令消失后，汽轮机的负荷就会逐渐恢复，在29s后，电路的功率就会达到644MW。在1#机发生波动后，电网恢复正常工作，2#机负荷致使DEH发出指令，将高、中压关闭，进而逆功率保护动作开始运行，使得机组外区域在发生故障时对整个电网进行关闭。

2 电网产生故障的原因分析

2.1 当1OOOMW机组逆功率保护动作的故障分析

在电网正常运行工况下，2台机组都具有有功功率和无功功率，二者能够有效地维持电网的稳定工作，当电网出现故障发生短路时，电网的有功功率和无功功率都会发生变化，这时电路的阻抗也会根据线路的变化而产生变化，继而会导致线路的电路过大，产生短路电流，这样就会为发电机提供非常大的短路电流，导致其他电路的负荷变小，电路的电流也会变得很小，造成发电机的有功功率在短时间内降低了很多，同时也会对发动机造成危害。因此在电网发生短路故障时，发电机组就会产生甩负荷，影响电路正常的工作，这样就会造成线路的过载保护起作用，切断线路的连通。

发电机组发生甩负荷后，汽轮机的高、中压就会受到影响，导致机组的调门DEH开始发出指令，对调门的反馈偏差过大进行控制，以减小电路的电流的偏差，进而触发了DEH的调门指令，使得高、中压调门能够快速关闭来降低线路两端电压的偏差，达到对发电机组的保护，虽然在经过50ms后的电压调整之后，使得电压能够恢复正常，但是由于DEH的调门反馈回路滞后，影响着DEH快门的指令撤销并不能在短时间内快速的启动，而是还处在关闭的状态，这样就会使得电网的负荷降低到-17MW。由于电网的电压短时间内在-17～644MW之间内波动，造成电网短时间内的负波动过大，触发了机组长甩负荷的指令，进而导致DEH调门执行关闭指令，保证电路电压在瞬间能够降低，将机组负荷控制方式切换至汽轮机转速控制方式，实现对电路的保护工作，发电机就会处于逆功率工作的状态下，然后经过32s逆功率保护动作，关闭整个电路，实现对电机的保护。

2.2 电网故障时的负荷波动，1#发电机机组没有切机的故障

这种故障是由于1#电机的负荷在电网故障时，采用负荷波动而造成的，这时1#发电机功率瞬间在300～644MW之间发生波动，导致电网的负荷产生波动，容易造成汽轮机的高调门的偏差过大，发出的指令与实际的反馈偏差大于35%，导致电路的负荷过大，这时就会触发DEH调门快关指令，发出关闭高、中压调门的指令，然后使得电网负荷降至-130MW，可以看出电网的负荷在-170～668MW。在线路负荷下降2s后，DEH调门的快关信号消失，汽轮机的高调门与反馈信号的指令发生变化，导致快关信号延迟0.5s，此时汽轮机仍然处在原有的控制系统之下，这时DEH的低调门就会开启，汽轮机的转速在短时间内得到恢复，电路的负荷就会在短时间内达到最高，在29s后负荷达到644MW，因此经过DEH高、中调门的控制，使得1#发电机组在短时间内能够恢复正常工作。

2.3 2#发电机调门快关后不能正常恢复的原因分析

由于电路的负荷由于发动机的负荷功率变化引起的，如果发电机的功率在短时间内由644MW突然下降到300MW，负荷控制器就会工作，对电路进行调节，DEH就会发出指令，指令机组开始输出正电流，这样高调门的电压就开始升高，发生变化，在200ms之后，2#发电机的负荷突变为664MW，导致电压在瞬间内的波动太大，在高调门的负荷控制监测到负荷升高发生变化之后，就会发出关闭高调门的指令，指令板的电流从正电流转变为负电流输出，以保证电路能够正常的工作，电网的伺服阀也会从进油开阀的状态转变为关闭状态，促使电网负荷达到稳定状态。

3 电网发生故障的解决措施

3.1 机组长甩负荷逻辑的作用和动作条件

电网的负荷波动是造成电压跳动主要原因，当电网的负荷发生波动时，就会造成发电机组的故障，使得控制器发出指令，关闭机组。控制机会发出调门指令，机组长甩负荷逻辑开始产生保护动作，为了防止汽轮机超速而快速关闭调节门，造成电网负荷的波动，控制器会对机组进行控制，对电网的控制方式进行转变，从而能够有效地保证电网工况的安全。但是当出现发电机没有与电网解列的电网故障时，电网内存在负荷的波动，就不会导致机组超速，这时机组长不会发生长甩负荷逻辑的动作。

甩负荷识别模件的工作情况如下：（1）瞬间将负荷中断，就是短时甩负荷，减低电网的负荷；（2）长甩负荷，二者都是将信号输送至速/负荷控制器，由它们发出信号指令，在线路负荷出现波动时，控制器就能够暂时的将调门关闭，使得电网的负荷能够在瞬间内满足要求。

因此电网在工作的过程中，如果出现以下两种情况，就会发生甩负荷的现象：

第一，一个周期16ms内，如果电网负荷的波动比较大，在超出甩负荷极限值728MW时，机组长就会发出甩负荷的命令，以降低电路负荷。

第二，如果能够同时满足下列条件，也会发生甩负荷现象：（1）主变高压侧开关闭合，造成发电机组的负荷波动过大；（2）机组的实际负荷与电厂的用电负荷差距在2倍以上；（3）机组的实际负荷高于电网的额定值；（4）机组的有效负荷设定值与实际负荷的差值与用电负荷的差距太大。

在满足上述条件时，机组就会发生波动。在机组的短甩负荷延时2s过程中，如果功能负荷在2s内能够恢复正常，机组还能够正常工作。但是这时2#机组在故障发生的瞬间，负荷依然满足上述的条件，这时机组就会发出甩负荷的指令，调门就会对控制系统进行管理，将电机切换到转速控制模式下。

如果在转速控制方式下，机组的实际电气功率为-12MW，这对电网的控制没有多大作用，这时转速的控制信号就不会发生作用，不参与到信号的调节，电机的工作模式发生变化，这时发电机变成了电动机，吸收电网的有用功，当电网的功率为-5MW时，机组的逆功率保护发挥作用，延时30s后，将触发汽轮机的控制调门。

因此，对于1000MW机组误跳闸的原因分析主要有：调门的指令时间与调门的反馈回路出现滞后和误差，导致调门不能正常的工作，在电网故障切除后，电路控制器的信号消失，电网的负荷恢复正常后；机组长甩负荷逻辑中的设定值不合理，没有正常地对电网的工况进行分析，导致机组误进行汽轮机运行模式，导致机组出现逆功率的情况，从而造成整个机组全部停止动作。

3.2 电网故障的整改措施

通过对该发电厂产生的故障进行了全面分析，可以采取如下的措施，对电网进行控制：（1）提高调门指令计算时间和调门反馈时间的灵活度，减少信号的反馈时间，对反馈回路的反馈速度进行控制，减少调门发出指令的延时，使得调门对电网出现故障时，发出的指令更具有时效性；（2）结合电网的故障，正确识别发电机的运行工况，将电网回路工况和电网外区域的工况区别开，保证汽轮机的发电机机组在孤岛运行状况时，取消长甩逻辑的转速控制方式，提高调门的控制效率。

4 结语

1000MW发电机组系特大容量的发电机组，在具体的装机过程中，需要对各种情况进行充分分析，对机组控制与保护、继电保护等方面要做到合理的配置，在设计与调试的过程中对机组控制和保护逻辑采用合理的定置，以保证电网能够安全地运行。

参考文献

[1]陈志俊.外高桥第三发电厂汽轮机保护系统介绍[J].

科技风，2012，（3）.

作者简介：李锦双（1985-），男，广东东莞人，广东惠州平海发电厂有限公司高级工，助理工程师，研究方向：火电厂集控。

（责任编辑：秦逊玉）