基于Matlab的大機組程序逆功率停機事件的分析

邢瑞江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

基于Matlab的大機組程序逆功率停機事件的分析

邢瑞江

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

隨著發(fā)電機容量的不斷增加，機組通過發(fā)電機逆功率保護(hù)動作停機的方式逐漸在許多發(fā)電廠得到推廣使用。但是發(fā)電機組通過程序逆功率保護(hù)動作解列停機失敗的案例也經(jīng)常發(fā)生，并且在新建大型發(fā)電機組的停機應(yīng)用過程中尤為顯現(xiàn)。為保證電廠汽輪發(fā)電機組的安全可靠停運，充分發(fā)揮發(fā)電設(shè)備的使用壽命和能效，本文利用Matlab工具，從功率、阻抗角和運行操作流程等，對一次典型的程序逆功率停機事件進(jìn)行深入剖析，并結(jié)合實際給出具體的建議。

大型發(fā)電機組；逆功率；Matlab

0　引言

某電廠為2×660MW超臨界空冷燃煤發(fā)電機組，發(fā)電機為QFSN-660-2-22型的全封閉、水氫氫冷卻、圓筒型轉(zhuǎn)子、同步交流發(fā)電機。發(fā)變組保護(hù)裝置為RCS-985型的微機發(fā)電機變壓器組成套保護(hù)裝置。

2014年04月20日11時31分，#1發(fā)電機組在正常停機過程中，發(fā)變組保護(hù)A柜裝置出現(xiàn)“啟動”，B柜保護(hù)裝置顯示“程序逆功率”動作報告，但出口繼電器沒有動作且跳閘燈沒有點亮?，F(xiàn)場人員對程序逆功率保護(hù)進(jìn)行靜態(tài)測試，裝置采樣和動作邏輯符合要求。

2014年9月30日23時26分，#2機組停機時汽機跳閘、鍋爐MFT，檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)變組7521斷路器未跳閘，有功功率顯示-9.7MW，最大顯示-11.06MW。汽輪機關(guān)主汽門后，#1發(fā)電機逆功率保護(hù)均未動作跳閘出口，發(fā)變組7521斷路器由運行人員手動打跳。

該電廠的停機流程是：負(fù)荷降至64MW（10%），接到值長機組解列命令，汽輪機打閘停機，發(fā)電機程序逆功率保護(hù)動作解列發(fā)變組，檢查發(fā)變組出口主開關(guān)跳閘，滅磁開關(guān)跳閘，發(fā)電機三相定子電流指示為零，發(fā)電機定子電壓、勵磁電壓、勵磁電流下降至零。

1　保護(hù)的邏輯和判斷

RCS-985保護(hù)裝置包含兩個獨立的CPU系統(tǒng)：低通、AD采樣、保護(hù)計算、邏輯輸出完全獨立，CPU2系統(tǒng)作用于啟動繼電器，CPU1系統(tǒng)完成邏輯運算，作用于跳閘矩陣。當(dāng)裝置CPU1板（完成邏輯運算功能）和CPU2（啟動判據(jù)的檢測，開放繼電器的正電源）采樣數(shù)據(jù)同時滿足保護(hù)的動作判據(jù)，經(jīng)動作延時后，保護(hù)才能出口跳閘。如果只有CPU1板滿足，CPU2不滿足判據(jù)時，裝置會給出動作報文，不會出口跳閘和點動作燈；若只有CPU2板滿足，CPU1不滿足判據(jù)時，裝置會啟動，不會出口跳閘和點動作燈；如果CPU1板滿足，CPU2也滿足判據(jù)，在延時過程中，有返回的話，裝置只會給出啟動報文，不會出口跳閘和點動作燈。

就地檢查發(fā)變組保護(hù)A、B柜發(fā)現(xiàn)，A柜程序逆功率保護(hù)有保護(hù)動作報告，而實際并未出口，根據(jù)動作報告初步判斷，是本次停機時機組實際產(chǎn)生的逆功率處于程序逆功率定值5W的邊界即死區(qū)，用于邏輯運算判斷保護(hù)類別的保護(hù)板采集到了，但負(fù)責(zé)開放繼電器+24V電源保證出口的管理板未采集上，所以保護(hù)柜只有動作報文，而實際未出口跳閘。

2　Matlab仿真計算分析

2.1功率的仿真計算

使用Matlab工具對事件做進(jìn)一步分析，通過模擬RCS-985B的功率計算方法，對裝置錄波中的發(fā)電機電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。不同廠家的互感器由于結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)的不同，傳變角差不同，計算功率值時需根據(jù)各自的硬件參數(shù)進(jìn)行補償。由于裝置中的互感器非理想變壓器，有傳變角差，裝置在計算功率過程中，對各相阻抗角度進(jìn)行了補償，以得到真實的功率值。將計算得到的功率值與裝置的功率錄波值進(jìn)行對比，如圖1所示?？梢?，計算出來的功率值與錄波的功率值基本吻合。

2.2阻抗角的仿真計算

僅以B相為例，計算保護(hù)裝置和故障錄波器的錄波數(shù)據(jù)的阻抗角，并進(jìn)行對比分析。

圖1　功率計算值與錄波值對比圖

圖2　裝置錄波數(shù)據(jù)得到的B相電壓與B相電流的夾角

首先，使用Matlab工具計算保護(hù)裝置數(shù)據(jù)中B相的阻抗角φ，計算結(jié)果如圖2所示。由于錄波數(shù)據(jù)為兩段（第一段為保護(hù)啟動前后數(shù)個周波，第二段為保護(hù)動作前后數(shù)個周波）拼接而成，在拼接點附近功率計算值抖動，以穩(wěn)定狀態(tài)的功率計算值為準(zhǔn)。

然后，使用matlab工具計算故障錄波器波形中B相的阻抗角度，計算結(jié)果如圖3所示。

故障錄波器與保護(hù)裝置來自不同廠家，所使用的互感器的材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)不同，互感器的傳變會產(chǎn)生不同的相位角差。由圖2可以看出，保護(hù)裝置的B相阻抗角為264.7°；而由圖3得到，故障錄波器的B相阻抗角為266.7°；二者阻抗角的差值為2.0°，基本在誤差允許的范圍內(nèi)。

圖3　故障錄波器數(shù)據(jù)得到的B相電壓與B相電流的夾角

2.3仿真計算結(jié)果

由于裝置所用互感器非理想變壓器，存在傳變角差，裝置計算功率時對此進(jìn)行了補償，經(jīng)Matlab仿真計算，裝置計算功率值與仿真計算結(jié)果基本吻合。計算保護(hù)裝置和故障錄波器的錄波數(shù)據(jù)的阻抗角，二者阻抗角的差值也在誤差的允許范圍之內(nèi)，結(jié)果基本一致。

3　結(jié)語

根據(jù)以上仿真計算的結(jié)果，說明保護(hù)裝置邏輯運算正常，保護(hù)沒有出現(xiàn)誤動。鑒于發(fā)電機兩次程序逆功率異常停機的實際情況，對保護(hù)給出幾點具體的建議：

（1）不推薦采用關(guān)主汽門的硬接點直接出口跳發(fā)變組高壓側(cè)斷路器。也就是以前電廠采用的關(guān)主汽門硬接點接到電氣保護(hù)裝置里的熱工保護(hù)直接出口全停。理由很簡單：萬一由于人為誤碰或其他原因使關(guān)主汽門硬接點誤閉合將會造成機組全停，可靠性極差。必須有逆功率條件閉鎖，進(jìn)行程序跳閘。

（2）可根據(jù)兩次異常停機時的逆功率實測數(shù)據(jù)，修改發(fā)電機程序逆功率保護(hù)的整定值。同時注意定值的修訂計算是基于主汽門可完全關(guān)閉（無泄漏）為前提條件的，若主汽門不能完全關(guān)閉，上述定值應(yīng)根據(jù)實際情況再行調(diào)整，以免造成保護(hù)再次拒動。

（3）國能安全［2014］161號《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》規(guī)定：“8.1.7機組停機時，應(yīng)先將發(fā)電機有功、無功功率減至零，檢查確認(rèn)有功功率到零，電能表停轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)以后，再將發(fā)電機與系統(tǒng)解列，或采用汽輪機手動打閘或鍋爐手動主燃料跳閘聯(lián)跳汽輪機，發(fā)電機逆功率保護(hù)動作解列。嚴(yán)禁帶負(fù)荷解列?！币虼耍瑧?yīng)對該電廠運行規(guī)程中的停機流程進(jìn)行修改完善，防止出現(xiàn)帶負(fù)荷（包括有功功率和無功功率）解列。

［1］GB/T14285-2006，繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［2］國能安全［2014］161號，防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求［S］.國家能源局，2014.

［3］南瑞繼保.RCS-985發(fā)電機變壓器成套保護(hù)裝置技術(shù)使用說明書［Z］.南京南瑞繼保電氣有限公司，2001.

［4］馮亮.電廠逆功率保護(hù)停機的改進(jìn)［J］.華電技術(shù)，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，河南獲嘉人，本科，高級工程師，主要從事發(fā)電廠電氣繼電保護(hù)技術(shù)工作。