提高火力发电机组程跳逆功率保护动作的可靠性

提高火力发电机组程跳逆功率保护动作的可靠性

白宇

（南阳鸭河口发电有限责任公司河南南阳474671）

摘要：本文介绍了火力发电机组程跳逆功率保护的作用、原理与逻辑，列举了某电厂某台机组停机过程中的异常情况，深入分析了影响程跳逆功率保护动作可靠性的因素，并对如何提高该保护动作可靠性给出了四条建议。

关键词：电厂；程跳逆功率；可靠性

逆功率保护是为保护汽轮机低压缸末级叶片而设置的。并网运行的汽轮发电机，在汽轮机主汽门关闭之后，便作为同步电动机运行，从电网吸收有功功率而拖动汽轮机转动。由于汽轮机主汽门已关闭，汽机末级叶片与残留蒸汽产生摩擦而形成鼓风损耗，长期运行末级叶片会过热而损坏。

程跳逆功率保护包含于逆功率保护，是为了防止汽轮机超速而设置的一种停机方式，取主汽门关闭和逆功率“与”的关系而动作。也就是正常停机过程中，运行人员打跳汽轮机之后，发变组保护接收到主汽门关闭信号，并判断出吸收的有功功率大于定值后，程跳逆功率保护经延时动作于解列。

程跳逆功率保护的第一个动作条件：开关量“主汽门关闭”。目前电厂程跳逆功率保护所用开关量有以下情况：（1）发变组两套保护各取一侧主汽门关闭行程接点（部分电厂还做三取二逻辑）；（2）发变组两套保护一个取主汽门关闭行程接点、另一个取热工ETS动作接点（部分电厂还做三取二逻辑）；（3）发变组两套保护均取自热工ETS动作接点（部分电厂还做三取二逻辑）。只要保证在任何情况下主汽门关闭时ETS动作接点都能发出，程跳逆功率保护中的主汽门关闭信号是可以用ETS动作接点代替的。

程跳逆功率保护的第二个动作条件：模拟量“吸收有功功率大于定值”。该量是两套发变组保护经过对PT、CT送来的电压、电流采样之后计算出来的有功功率值。《DL/T684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则》规定逆功率保护定值为0.5％~2％倍发电机额定功率值，并应根据主汽门关闭时保护装置的实测逆功率值进行校核（根据主汽门的严密性进行优化），延时1.0S~1.5S动作于解列。

下面介绍某电厂一台350MW机组正常停机过程中，程跳逆功率未动作的异常情况。

负荷减至30MW，汽机打闸正常，高中压截门，高排逆止门，各抽汽电动门逆止门关闭正常。汽轮机转速不会下降，DCS画面查发电机有功功率-3.6MW，程跳逆功率和逆功率均未动作，发电机未跳闸。按发电机紧急跳闸按钮，发电机主开关断开正常；按灭磁开关紧急跳闸按钮，灭磁开关断开正常。

该机组程跳逆功率保护定值：5W，1S报警并动作于解列，对应一次值为2.64MW（0.75%倍发电机额定功率值，符合整定计算导则）。DCS上查看停机曲线如下（图1）：

图1停机时DCS曲线1

图中可以看出，热工两套跳闸指令（汽轮机跳闸指令去电气）已发出，DCS显示发电机吸收有功3.6MW，已大于定值，但两套程跳逆功率保护均未动作。

两套程跳逆功率保护采样、校验均正常，未动作的原因是两套保护采样值未达到动作定值。DCS显示已达到动作值，而保护未到动作值的原因为二者采样有偏差，偏差的原因在于：（1）DCS变送器采样取自测量级PT、CT，其精度为0.5级；保护采样取自保护级PT、CT，其精度为P级。规程规定：测量0.5级CT在额定值下电流误差为±0.5%，角差为±0.9crad，保护级CT在额定值下电流误差为±1%，角差为±1.8crad（小于额定值情况下误差会变大）。保护级的采样在小负荷下误差会更大。（2）分别在两套保护上加-5.02W有功功率，对应一次值-2.65MW，两套保护均处在动作临界点。同样的量加在DCS有功变送器上，DCS显示和此次停机时的有功功率非常接近。（3）在PT根部加额定电压值，测得两套保护回路电压降比变送器回路电压降大。

发电机正常停机时影响逆功率大小的主要原因是主汽门的严密性和发电机的功率因数角，影响功率因数角的主要原因是低负荷下CT的测量误差。下图（图2）是另一电厂在2016年至2018年间，发电机正常停机时功率因数角在误差1度时（下边折线，实测值）对吸收功率影响的一个对比（P级CT的角差为1.8度，上边折线）。

图2功率因数角偏差对吸收有功的关系

上面图表可以看出，功率因数角偏差越大对吸收有功影响越大，功率因数角越靠近96度，保护采集到的发电机吸收的有功功率误差越大（采集值越小），越偏离96度，保护采集到的发电机吸收的有功功率误差越小（采集值越大）。另查看此次停机过程中DCS曲线（图3），发现汽机跳闸时，AVC未退出，无功功率进相为-59.67MVar，导致机端电压偏低20.9KV（额定为22KV），发变组保护采集到的二次侧电压也偏低，从而计算出的吸收的有功功率值也会偏低。

图3停机时DCS曲线2

因此，提高发电机组程跳逆功率保护动作的可靠性可以从以下几点考虑：

1、检查各主汽门、高调门、高排逆止门、抽汽逆止门的漏气情况，对程跳逆功率定值进一步优化（可降低至导则要求的下限值）。

2、定期检查主汽门关闭行程接点或ETS动作接点的牢靠性。

3、为降低低负荷下误差对逆功率造成的影响，机组正常停机时，在降低有功后，应退出AVC装置，手动增加励磁，维持机端电压为额定值，增大发电机的功率因数角，使功率因数角尽大的偏离96°，以降低误差对测量回路的影响。

4、为减少电压降，发电机PT一、二次保险要定期检查维护，测量阻值并对表面氧化情况及时处理。

参考文献：

[1]石桂学.火力发电机组应用零功率保护必要性探讨[J].广西电力，2013，36（06）：70-71+75.

[2]张秋生，贾强邦，尹峰.火力发电机组辅机故障减负荷常见问题及技术规程的制定[J].中国电力，2016，49（11）：145-148.

[3]蒋建旭.火力发电厂机组励磁系统的工业应用与研究[D].华北电力大学，2017.

[4]《DL/T684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则》