電網(wǎng)故障導(dǎo)致1000MW發(fā)電機(jī)組跳閘分析及解決對(duì)策

李錦雙　王師

摘要：在1000MW發(fā)電機(jī)組特大容量的發(fā)電機(jī)組裝機(jī)過(guò)程中，需要綜合考慮各種情況，否則極容易造成事故的發(fā)生。文章通過(guò)對(duì)一起電網(wǎng)故障的問(wèn)題進(jìn)行分析，探究造成電網(wǎng)跳閘的具體原因，并指出排除故障的方式，以期能夠有效地提高1000MW發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：1000MW發(fā)電機(jī)組；電網(wǎng)故障；保護(hù)動(dòng)作；跳閘故障；負(fù)荷波動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM751 文章編號(hào)：1009-2374（2016）19-0126-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.060

1 事故的經(jīng)過(guò)分析

在電網(wǎng)的維護(hù)中，如何正確識(shí)別機(jī)組的各種工況，是對(duì)大機(jī)組進(jìn)行維護(hù)的前提，如果不能熟練地對(duì)機(jī)組的工作情況進(jìn)行分析，就不能有效地采用正確的方法對(duì)機(jī)組進(jìn)行保護(hù)。某發(fā)電廠有兩臺(tái)1000MW的發(fā)電機(jī)組在具體的工作中出現(xiàn)事故，它采用500kV線路連接至變電站500kV的母線，該母線B相接地短路并且符合工作管理要求，在50ms內(nèi)能夠切除線路故障。但是在工作的過(guò)程中，1臺(tái)機(jī)組在電網(wǎng)故障時(shí)發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)，電壓由664MW下降到332MW，出現(xiàn)電壓波動(dòng)后回升到664MW。機(jī)組長(zhǎng)發(fā)出甩負(fù)荷指令，將機(jī)組的調(diào)節(jié)氣門關(guān)閉，機(jī)組逆功率運(yùn)行，在保護(hù)動(dòng)作經(jīng)過(guò)30s后，機(jī)組停止工作。

發(fā)電廠、變電站500kV母線采用的是并列運(yùn)行方式并入電網(wǎng)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)。在發(fā)電廠端，開(kāi)關(guān)501、551、553等接入母線Ⅱ運(yùn)行，對(duì)發(fā)電廠的電機(jī)進(jìn)行控制，502、552、554開(kāi)關(guān)接入母線I并入電網(wǎng)。

500kV變電站的B相接地短路時(shí)母差開(kāi)始保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)轉(zhuǎn)向連接，使得線路開(kāi)關(guān)551乙及555聯(lián)通，保護(hù)電路接通，在經(jīng)50ms后電路故障切除，線路恢復(fù)接通。由于發(fā)電廠的2#發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，使得線路的功率發(fā)生變化，從645MW快速地突變?yōu)?00MW，這樣就觸發(fā)了DEH指令，高、中壓調(diào)門能夠快速關(guān)閉，促進(jìn)電路的負(fù)荷下降到170MW作用，機(jī)組的機(jī)長(zhǎng)發(fā)出甩負(fù)指令，DEH控制系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以降低線路的負(fù)載，使得線路的負(fù)荷變?yōu)?12MW，最終保證線路負(fù)荷的穩(wěn)定，在經(jīng)過(guò)一系列的動(dòng)作之后，32s后“發(fā)變組第一套保護(hù)逆功率跳閘”保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)始對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘，進(jìn)而觸發(fā)鍋爐MFT的保護(hù)動(dòng)作，這樣就引發(fā)了“發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作”和“汽機(jī)跳閘”等一系列的動(dòng)作。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，1#發(fā)電機(jī)功率就會(huì)從644MW變?yōu)?00MW，然后又突變?yōu)?58MW，造成電網(wǎng)的電壓發(fā)生波動(dòng)，觸發(fā)DEH快速發(fā)出指令，汽輪機(jī)組的高、中壓就會(huì)快速關(guān)閉，線路的電壓降低，促使線路的負(fù)荷降低到-130MW，在2s后，DEH指令消失后，汽輪機(jī)的負(fù)荷就會(huì)逐漸恢復(fù)，在29s后，電路的功率就會(huì)達(dá)到644MW。在1#機(jī)發(fā)生波動(dòng)后，電網(wǎng)恢復(fù)正常工作，2#機(jī)負(fù)荷致使DEH發(fā)出指令，將高、中壓關(guān)閉，進(jìn)而逆功率保護(hù)動(dòng)作開(kāi)始運(yùn)行，使得機(jī)組外區(qū)域在發(fā)生故障時(shí)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行關(guān)閉。

2 電網(wǎng)產(chǎn)生故障的原因分析

2.1 當(dāng)1OOOMW機(jī)組逆功率保護(hù)動(dòng)作的故障分析

在電網(wǎng)正常運(yùn)行工況下，2臺(tái)機(jī)組都具有有功功率和無(wú)功功率，二者能夠有效地維持電網(wǎng)的穩(wěn)定工作，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障發(fā)生短路時(shí)，電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率都會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)電路的阻抗也會(huì)根據(jù)線路的變化而產(chǎn)生變化，繼而會(huì)導(dǎo)致線路的電路過(guò)大，產(chǎn)生短路電流，這樣就會(huì)為發(fā)電機(jī)提供非常大的短路電流，導(dǎo)致其他電路的負(fù)荷變小，電路的電流也會(huì)變得很小，造成發(fā)電機(jī)的有功功率在短時(shí)間內(nèi)降低了很多，同時(shí)也會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成危害。因此在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)組就會(huì)產(chǎn)生甩負(fù)荷，影響電路正常的工作，這樣就會(huì)造成線路的過(guò)載保護(hù)起作用，切斷線路的連通。

發(fā)電機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷后，汽輪機(jī)的高、中壓就會(huì)受到影響，導(dǎo)致機(jī)組的調(diào)門DEH開(kāi)始發(fā)出指令，對(duì)調(diào)門的反饋偏差過(guò)大進(jìn)行控制，以減小電路的電流的偏差，進(jìn)而觸發(fā)了DEH的調(diào)門指令，使得高、中壓調(diào)門能夠快速關(guān)閉來(lái)降低線路兩端電壓的偏差，達(dá)到對(duì)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)，雖然在經(jīng)過(guò)50ms后的電壓調(diào)整之后，使得電壓能夠恢復(fù)正常，但是由于DEH的調(diào)門反饋回路滯后，影響著DEH快門的指令撤銷并不能在短時(shí)間內(nèi)快速的啟動(dòng)，而是還處在關(guān)閉的狀態(tài)，這樣就會(huì)使得電網(wǎng)的負(fù)荷降低到-17MW。由于電網(wǎng)的電壓短時(shí)間內(nèi)在-17～644MW之間內(nèi)波動(dòng)，造成電網(wǎng)短時(shí)間內(nèi)的負(fù)波動(dòng)過(guò)大，觸發(fā)了機(jī)組長(zhǎng)甩負(fù)荷的指令，進(jìn)而導(dǎo)致DEH調(diào)門執(zhí)行關(guān)閉指令，保證電路電壓在瞬間能夠降低，將機(jī)組負(fù)荷控制方式切換至汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的保護(hù)工作，發(fā)電機(jī)就會(huì)處于逆功率工作的狀態(tài)下，然后經(jīng)過(guò)32s逆功率保護(hù)動(dòng)作，關(guān)閉整個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)。

2.2 電網(wǎng)故障時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)，1#發(fā)電機(jī)機(jī)組沒(méi)有切機(jī)的故障

這種故障是由于1#電機(jī)的負(fù)荷在電網(wǎng)故障時(shí)，采用負(fù)荷波動(dòng)而造成的，這時(shí)1#發(fā)電機(jī)功率瞬間在300～644MW之間發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷產(chǎn)生波動(dòng)，容易造成汽輪機(jī)的高調(diào)門的偏差過(guò)大，發(fā)出的指令與實(shí)際的反饋偏差大于35%，導(dǎo)致電路的負(fù)荷過(guò)大，這時(shí)就會(huì)觸發(fā)DEH調(diào)門快關(guān)指令，發(fā)出關(guān)閉高、中壓調(diào)門的指令，然后使得電網(wǎng)負(fù)荷降至-130MW，可以看出電網(wǎng)的負(fù)荷在-170～668MW。在線路負(fù)荷下降2s后，DEH調(diào)門的快關(guān)信號(hào)消失，汽輪機(jī)的高調(diào)門與反饋信號(hào)的指令發(fā)生變化，導(dǎo)致快關(guān)信號(hào)延遲0.5s，此時(shí)汽輪機(jī)仍然處在原有的控制系統(tǒng)之下，這時(shí)DEH的低調(diào)門就會(huì)開(kāi)啟，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速在短時(shí)間內(nèi)得到恢復(fù)，電路的負(fù)荷就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最高，在29s后負(fù)荷達(dá)到644MW，因此經(jīng)過(guò)DEH高、中調(diào)門的控制，使得1#發(fā)電機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)正常工作。

2.3 2#發(fā)電機(jī)調(diào)門快關(guān)后不能正?；謴?fù)的原因分析

由于電路的負(fù)荷由于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷功率變化引起的，如果發(fā)電機(jī)的功率在短時(shí)間內(nèi)由644MW突然下降到300MW，負(fù)荷控制器就會(huì)工作，對(duì)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，DEH就會(huì)發(fā)出指令，指令機(jī)組開(kāi)始輸出正電流，這樣高調(diào)門的電壓就開(kāi)始升高，發(fā)生變化，在200ms之后，2#發(fā)電機(jī)的負(fù)荷突變?yōu)?64MW，導(dǎo)致電壓在瞬間內(nèi)的波動(dòng)太大，在高調(diào)門的負(fù)荷控制監(jiān)測(cè)到負(fù)荷升高發(fā)生變化之后，就會(huì)發(fā)出關(guān)閉高調(diào)門的指令，指令板的電流從正電流轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電流輸出，以保證電路能夠正常的工作，電網(wǎng)的伺服閥也會(huì)從進(jìn)油開(kāi)閥的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，促使電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 電網(wǎng)發(fā)生故障的解決措施

3.1 機(jī)組長(zhǎng)甩負(fù)荷邏輯的作用和動(dòng)作條件

電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)是造成電壓跳動(dòng)主要原因，當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)，就會(huì)造成發(fā)電機(jī)組的故障，使得控制器發(fā)出指令，關(guān)閉機(jī)組。控制機(jī)會(huì)發(fā)出調(diào)門指令，機(jī)組長(zhǎng)甩負(fù)荷邏輯開(kāi)始產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，為了防止汽輪機(jī)超速而快速關(guān)閉調(diào)節(jié)門，造成電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)，控制器會(huì)對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制，對(duì)電網(wǎng)的控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而能夠有效地保證電網(wǎng)工況的安全。但是當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)沒(méi)有與電網(wǎng)解列的電網(wǎng)故障時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)存在負(fù)荷的波動(dòng)，就不會(huì)導(dǎo)致機(jī)組超速，這時(shí)機(jī)組長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生長(zhǎng)甩負(fù)荷邏輯的動(dòng)作。

甩負(fù)荷識(shí)別模件的工作情況如下：（1）瞬間將負(fù)荷中斷，就是短時(shí)甩負(fù)荷，減低電網(wǎng)的負(fù)荷；（2）長(zhǎng)甩負(fù)荷，二者都是將信號(hào)輸送至速/負(fù)荷控制器，由它們發(fā)出信號(hào)指令，在線路負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，控制器就能夠暫時(shí)的將調(diào)門關(guān)閉，使得電網(wǎng)的負(fù)荷能夠在瞬間內(nèi)滿足要求。

因此電網(wǎng)在工作的過(guò)程中，如果出現(xiàn)以下兩種情況，就會(huì)發(fā)生甩負(fù)荷的現(xiàn)象：

第一，一個(gè)周期16ms內(nèi)，如果電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)比較大，在超出甩負(fù)荷極限值728MW時(shí)，機(jī)組長(zhǎng)就會(huì)發(fā)出甩負(fù)荷的命令，以降低電路負(fù)荷。

第二，如果能夠同時(shí)滿足下列條件，也會(huì)發(fā)生甩負(fù)荷現(xiàn)象：（1）主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)閉合，造成發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷波動(dòng)過(guò)大；（2）機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷與電廠的用電負(fù)荷差距在2倍以上；（3）機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷高于電網(wǎng)的額定值；（4）機(jī)組的有效負(fù)荷設(shè)定值與實(shí)際負(fù)荷的差值與用電負(fù)荷的差距太大。

在滿足上述條件時(shí)，機(jī)組就會(huì)發(fā)生波動(dòng)。在機(jī)組的短甩負(fù)荷延時(shí)2s過(guò)程中，如果功能負(fù)荷在2s內(nèi)能夠恢復(fù)正常，機(jī)組還能夠正常工作。但是這時(shí)2#機(jī)組在故障發(fā)生的瞬間，負(fù)荷依然滿足上述的條件，這時(shí)機(jī)組就會(huì)發(fā)出甩負(fù)荷的指令，調(diào)門就會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行管理，將電機(jī)切換到轉(zhuǎn)速控制模式下。

如果在轉(zhuǎn)速控制方式下，機(jī)組的實(shí)際電氣功率為-12MW，這對(duì)電網(wǎng)的控制沒(méi)有多大作用，這時(shí)轉(zhuǎn)速的控制信號(hào)就不會(huì)發(fā)生作用，不參與到信號(hào)的調(diào)節(jié)，電機(jī)的工作模式發(fā)生變化，這時(shí)發(fā)電機(jī)變成了電動(dòng)機(jī)，吸收電網(wǎng)的有用功，當(dāng)電網(wǎng)的功率為-5MW時(shí)，機(jī)組的逆功率保護(hù)發(fā)揮作用，延時(shí)30s后，將觸發(fā)汽輪機(jī)的控制調(diào)門。

因此，對(duì)于1000MW機(jī)組誤跳閘的原因分析主要有：調(diào)門的指令時(shí)間與調(diào)門的反饋回路出現(xiàn)滯后和誤差，導(dǎo)致調(diào)門不能正常的工作，在電網(wǎng)故障切除后，電路控制器的信號(hào)消失，電網(wǎng)的負(fù)荷恢復(fù)正常后；機(jī)組長(zhǎng)甩負(fù)荷邏輯中的設(shè)定值不合理，沒(méi)有正常地對(duì)電網(wǎng)的工況進(jìn)行分析，導(dǎo)致機(jī)組誤進(jìn)行汽輪機(jī)運(yùn)行模式，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)逆功率的情況，從而造成整個(gè)機(jī)組全部停止動(dòng)作。

3.2 電網(wǎng)故障的整改措施

通過(guò)對(duì)該發(fā)電廠產(chǎn)生的故障進(jìn)行了全面分析，可以采取如下的措施，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行控制：（1）提高調(diào)門指令計(jì)算時(shí)間和調(diào)門反饋時(shí)間的靈活度，減少信號(hào)的反饋時(shí)間，對(duì)反饋回路的反饋速度進(jìn)行控制，減少調(diào)門發(fā)出指令的延時(shí)，使得調(diào)門對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)出的指令更具有時(shí)效性；（2）結(jié)合電網(wǎng)的故障，正確識(shí)別發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況，將電網(wǎng)回路工況和電網(wǎng)外區(qū)域的工況區(qū)別開(kāi)，保證汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)機(jī)組在孤島運(yùn)行狀況時(shí)，取消長(zhǎng)甩邏輯的轉(zhuǎn)速控制方式，提高調(diào)門的控制效率。

4 結(jié)語(yǔ)

1000MW發(fā)電機(jī)組系特大容量的發(fā)電機(jī)組，在具體的裝機(jī)過(guò)程中，需要對(duì)各種情況進(jìn)行充分分析，對(duì)機(jī)組控制與保護(hù)、繼電保護(hù)等方面要做到合理的配置，在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中對(duì)機(jī)組控制和保護(hù)邏輯采用合理的定置，以保證電網(wǎng)能夠安全地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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科技風(fēng)，2012，（3）.

作者簡(jiǎn)介：李錦雙（1985-），男，廣東東莞人，廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司高級(jí)工，助理工程師，研究方向：火電廠集控。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）