巩力魁

(广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州 510080)

0 引言

随着电力系统向大型电网、大型机组方向发展，大型发电机组的造价越来越高，对机组保护的要求也越来越高。机组在运行过程中难免会有启、停操作，对于运行中的机组，在停机过程中，不管是正常操作停机还是事故跳闸停机，都需要采用科学的方法，否则，会使机组产生无法挽回的损失。现在，大型机组停机一般采用程序跳闸和事故全停的方式。事故全停是在机组电气设备出现严重故障时，才会采用的方式。在机组正常停机过程中，机、炉系统出现严重故障或者电气设备出现异常情况时，一般会采用程序跳闸的方式停机。

事故全停、程序跳闸这2种停机方式最终需要通过发电机变压器组保护来实现。本文主要讨论大型发电机变压器组保护中程序跳闸停机方式的保护配置问题。

1 程序跳闸

程序跳闸是机组保护的一种停机方式，是由机组保护发关主汽门命令，或机、炉系统出现严重故障引发热工保护动作关闭主汽门，当主汽门关闭后，再反馈给机组保护，机组保护再动作出口全停。程序跳闸方式可防止汽轮机发生超速飞车事故，有利于机组安全、平稳停机。

对于大型发电机变压器组保护，专门配置用于程序跳闸的保护有热工保护、逆功率保护、程序跳闸逆功率保护、程序跳闸正向低功率保护等。这些保护对于大型机组程序跳闸过程的成功与否，会起到至关重要的作用。

2 保护配置

2.1 热工保护

大型发电机组均设计有严谨的机、炉、电、热横向连锁保护以及各自设备(包括辅机)的相关热工保护，可确保机组正常、安全运行。大型发电机组保护中的热工保护，是为实现机、炉、电、热横向连锁保护而配置的，它是机组在电气部分实现的热工保护功能的扩展。

以国内某电厂600 MW火电机组为例，其发电机变压器组保护中的热工保护配置在非电量保护E屏中，当机、炉、电、热横向连锁保护动作或其他因素造成主汽门关闭时，热工分散控制系统(DCS)发出机组跳电气命令，通过非电量接点开入到发电机变压器组非电量保护E屏1EX43端子，启动K24E热工保护中间继电器，再通过K24E中间继电器动作输出 2副常开接点串联启动 K186E，K186E1，K186E2全停II保护出口继电器出口全停。热工保护不设延时。热工保护回路如图1所示。

在满足“A，B高压侧主汽门关取或”、“A，B中压侧主汽门关取或”、“汽机未挂闸”3个条件相与后，热工DCS才发出机组跳电气命令，充分保证热工保护动作的正确性、可靠性。热工DCS机跳电逻辑框图如图2所示。

2.2 逆功率保护、程序跳闸逆功率保护

逆功率保护是由于各种原因而停止供给原动机能量，与电力系统并列运行的发电机转为从系统吸取能量来驱动原动机运转的电动机时，针对原动机配置的保护。对于汽轮机发电机组，由于主汽门关闭后转子和叶片的旋转会引起风损，逆功率运行时，风损产生的热量不能被带走，使汽轮机叶片过热而造成损坏。对于燃气轮机机组，当机组由发电机运行方式转为电动机运行方式时，有可能损坏驱动齿轮。灯泡式和斜流式等低水头水轮机在逆功率运行时，也会使转子叶片损坏。所以，各种机组均装设逆功率保护装置，在机组失去原动力时对原动机进行保护。在机组正常停机或事故停机过程中，都会失去原动力，此时，对于汽轮机组而言，逆功率保护可作为后备保护，对于燃气轮机、水轮机等机组而言，逆功率保护可作为主保护来配置。

逆功率保护由“逆功率保护元件”、“机端PT断线闭锁元件”、“断路器辅助接点允许元件”3个条件相与再经2段延时动作出口，一般设一段短延时动作出口信号，设一段长延时动作出口停机。逆功率保护元件的计算功率为三相功率之和。根据DL/T 684—1999《大型发电机变压器保护整定计算导则》(以下简称《导则》)，汽轮机Pset一般取发电机和汽轮机最小损耗之和再乘以一个可靠系数，可靠系数一般取0.5～0.8。在实际运行中，由于《导则》给出的计算方法为工程计算方法，计算出来的逆功率定值与实际工况存在偏差，容易造成保护拒动。所以，逆功率定值采取实测方法为佳。另外，由于逆功率采集计算数值一般都非常小(远小于额定值)，对于测量的精度要求很高，否则测量误差偏大易造成保护误动或拒动。所以，建议逆功率保护采用测量级电流互感器绕组和测量级电压互感器绕组的配置。逆功率保护逻辑框图如图3所示。

图3 逆功率保护逻辑框图

程序跳闸逆功率保护是机组执行程序跳闸停机方式时的执行保护，由“逆功率保护元件”、“机端PT断线闭锁元件”、“主汽门关闭允许元件”、“断路器辅助接点允许元件”4个条件相与再经一段延时动作出口停机，一般设一段时限，延时0.1 s左右即可。由于现在都采用微机保护，故程序跳闸逆功率保护与逆功率保护均公用同一模拟量采样通道，即均采用相同的测量级电流互感器绕组和测量级电压互感器绕组的配置。对于汽轮发电机组，先关主汽门，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发电机变压器组断路器并灭磁;对于水轮发电机，先将导水叶关到空载位置，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发电机变压器组断路器并灭磁。程序跳闸逆功率保护逻辑框图如图4所示。

2.3 程序跳闸正向低功率保护

程序跳闸正向低功率保护是近些年才在机组保护中应用的一种程序跳闸保护，它与程序跳闸逆功率保护逻辑类似，只不过采用正向低功率逻辑元件代替逆功率逻辑元件，即程序跳闸正向低功率保护由“机组正向低功率保护元件”、“机端PT断线闭锁元件”、“机端低电压闭锁元件”、“主汽门关闭”、“断路器辅助接点”5个条件相与后再经一段延时动作出口停机，一般设一段时限，延时0.1s左右即可。正向低功率保护元件的计算功率为三相功率之和。由于采用正向低功率逻辑元件代替逆功率逻辑元件，故对电流互感器和电压互感器的精度要求就没有那么高，采用保护级CT，PT绕组即可。机组程序跳闸时，当主汽门关闭后，机组正向输出功率低于设定值，则程序跳闸正向低功率保护动作。PT断线及机端低电压闭锁元件用来保证机组在机端PT断线及机组未启动时保护不误动，而断路器辅助接点判据用来判别机组是否并网(如机组在未并网空载状态，保护仍然不会误动)。主汽门关闭条件是用来判定程序跳闸的关键性判据，只有在机组主汽门关闭后，程序跳闸正向低功率保护才会动作，程序跳闸正向低功率保护逻辑框图如图5所示。

图4 程序跳闸逆功率保护逻辑框图

图5 程序跳闸正向低功率保护逻辑框图

3 结论

在大型机组停机过程中，若采用程序跳闸方式停机，一般需要配置热工保护、逆功率保护、程序跳闸逆功率保护和程序跳闸正向低功率保护。逆功率保护虽然不是程序跳闸方式的专用保护，但在主汽门关闭异常情况下或机组已经执行程序跳闸但主汽门关闭接点异常时，可作为后备保护来执行程序跳闸。对比这几种保护配置后，建议在大型机组微机保护中采纳热工保护、逆功率保护和程序跳闸正向低功率保护作为程序跳闸时的保护。

由于现在的DCS已经不断完善，热工系统提供的热工保护非电量动作接点的可靠性已经能满足发电机变压器组保护的可靠性要求。热工保护动作原理简单、回路清晰可靠、动作及时，可作为程序跳闸的主保护，完成机、炉、电、热横向连锁保护，把机组的受损程度降到最小。这对于延长机组寿命，会起到积极的作用。由于热工保护是非电量保护，当机组断路器失灵时，根据规程要求，需要通过电气量保护启动失灵断路器，因此，需要配置程序跳闸逆功率保护或程序跳闸正向低功率保护作为程序跳闸时的电气量保护。对比程序跳闸逆功率和程序跳闸正向低功率保护，由于程序跳闸逆功率保护对于模拟量的测量要求很高，在实际工程配置中会受到限制，无法达到模拟量测量的较高要求。定值整定一般需要根据实测值进行。另外，机组逆功率工况运行比正向低功率运行工况复杂得多，给保护正确动作带来难度。所以，采用程序跳闸正向低功率保护比较好。

［1］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.北京:中国电力出版社，1996.

［2］GB/T 14285—2006，继电保护和安全自动装置技术规程［S］.

［3］DL/T 684—1999，大型发电机变压器继电保护整定计算导则［S］.