杨涛，王悦，童凯

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.国网浙江省电力公司，杭州310006）

零功率保护误动分析及对策

杨涛1，王悦2，童凯1

（1.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.国网浙江省电力公司，杭州310006）

针对某发电厂输电线路发生瞬时性接地故障导致2台机组停机的事故，分析了零功率保护动作的原因，指出了零功率保护逻辑判据上存在的缺陷，提出了新的更为完善的零功率保护判据。

火电机组；零功率保护；误动；逻辑优化

0 引言

目前新的大型火力发电厂大多采用500 kV同杆并架双回线送出方式，当发生倒塔或双回线同时跳闸时，发电机控制系统由于没有相关措施执行跳闸，将可能引起汽轮发电机超速，对汽轮发电机的运行造成严重危害。而零功率保护能够判断功率无法送出的情况并立即停机，能够有效防止汽轮发电机的超速现象[1-3]。因此，零功率保护在大型火力发电厂中的应用越来越广泛，浙江省近年来新建的大型火力发电厂基本都配置了零功率保护。但是，如果零功率保护的判据不够完善，有可能导致零功率保护误动作，引起1台或多台机组无事故跳闸。本文通过1起零功率保护的动作案例，分析了零功率保护动作的原因，并提出了完善零功率保护动作判据的改进措施，以期提高发电厂零功率保护的运行水平。

1 事故概况

某发电厂共有4台600 MW机组，升压站采用500 kV 3/2接线，500 kV双回线路送出。事故发生前，1号、3号、4号机组运行，2号机检修，500 kV双回线路运行。某日，500 kV线路发生B相瞬时性接地故障，线路保护动作跳开B相开关，大约750 ms后，3号、4号机组零功率保护动作，2台机组均跳闸，1 s后B相开关重合闸成功，但3号、4号机组已停运，1号机组继续运行。

通过分析发现，3号机组与4号机组故障录波器所录波形几乎相同，因此，本文以3号机组故障录波器的录波数据为例进行分析。从图1所示的3号机组故障录波图可见，在线路发生B相故障时，发电机机端BC相出现了故障电流，60 ms后故障被切除，发电机电流和电压随之恢复正常；在故障发生300 ms后，3号发电机机端电流开始逐渐减小，发电机电压正常，发电机功率下降，经过大约460 ms后，3号发电机功率由380 MW降至17 MW，而后零功率保护动作出口，跳开发电机出口断路器并关闭汽轮机主汽门。以上过程中，在线路发生B相瞬时性故障至故障切除后的一段时间内，发电机的电压及电流均无异常，在正常情况下发电机将保持此状态至线路重合闸成功。但在故障发生300 ms后，发电机却出现电流逐步减小的异常状况。后经仪控人员检查发现，在线路B相故障发生300 ms后，由于某种原因导致了机组DEH中的调门快关功能动作，汽轮机的高、中压调门被关闭，发电机原动力减小，从而使发电机电流逐渐减小，发电机功率下降。在发电机功率接近零功率时，零功率保护动作使机组停机。因此，机组DEH的调门快关功能异常动作是引起此次机组跳闸的原因。

除了调门快关功能动作的原因外，零功率保护的保护逻辑也存在问题。由以上分析数据可知，发电机功率由380 MW降至17 MW的时间为460 ms，其功率变化率仅为16 MW/20 ms，此功率变化过程相对于由送出线路跳闸或断开引起的功率突降来说是一个缓慢变化的过程，而零功率保护主要是用于识别线路跳闸或断开引起的功率突降，因此，对于上述功率变化过程，零功率保护不应该动作出口。

图1 3号机组故障录波

2 零功率保护逻辑

零功率保护的逻辑如图2所示。

图2 原有零功率保护逻辑

（1）判据1：突变量判据已启动。此判据保证电厂送出线路断开事故时装置能可靠启动，采用相电流突变量启动及功率突变量启动2种方式，判据较为灵敏。

（2）判据2：事故前0.2 s时的功率大于等于事故前功率定值，并且功率方向为负（即电厂送出）。主要用于判断机组正处在正常发电状态，如果当时机组出力小于这个定值，即使送出线路跳闸，也不会对发电机造成损害，无需切除机组。

（3）判据3：事故时刻的功率小于事故后功率定值。有功功率小于整定值时，认为发电机已处于零功率状态。

（4）判据4：任意两相电流I小于投运电流定值。任意两相电流小于整定值时，认为发电机处于零功率状态。

（5）判据5：任意两相电流有效值在20 ms前后之差大于等于突变量启动定值。此判据主要是用来判断线路断开前后的电流突变过程，主要是区分线路跳闸与系统振荡，是判断发电机功率属于突降还是缓慢变化的主要判据。

3 零功率保护逻辑分析

结合故障时的数据，对保护逻辑逐一分析：

（1）在线路发生B相故障时，电流发生突变，相电流突变量启动判据满足，判据1满足。

（2）事故前0.2 s时的功率为380 MW，大于事故前功率定值300 MW，判据2满足。

（3）事故时刻功率为17 MW，小于事故后功率定值50 MW，判据3满足。

（4）跳闸时刻三相电流大约均为35 A，小于投运电流定值73 A，判据4满足。

（5）故障发生300 ms后，发电机功率发生变化，电流在460 ms内从430 A减小至35 A，变化率为17A/20 ms，而判据5要求任两相电流有效值在20 ms前后之差大于突变量启动定值150 A，因此电流变化不满足电流变化量判据要求，判据5无法满足。

由以上分析可知，判据5在机组高、中压调门关闭后引起的电流变化过程中无法满足，应该不会引起零功率保护的动作出口。但是在线路B相故障切除时，由录波图可知主变压器高压侧B相、C相电流20 ms突变均大于定值150 A，满足判据5的要求。后经过与厂家人员讨论得知，判据5一旦满足将保持至装置整组复归，其整组复归时间为5 s。因此，在线路发生B相接地故障时，由于突变量启动判据满足，装置进入故障处理程序，在B相故障切除时，由于零功率保护采信的电流突变量满足判据5，因此判据5被置位并将保持5 s。当机组调门快关功能动作、汽轮机高、中压调门关闭后，发电机电流及功率下降，判据2和判据3满足，零功率保护动作出口。

零功率保护中所采用的判据对于因出线断开引起的发电厂功率无法送出情况，是能够正确识别零功率状态并快速停运发电机的，但是对于以上所述的故障状态，由于唯一用来判别功率瞬变与缓变的判据5在线路故障切除时即已满足且被保持至装置整组复归，在汽轮机调门关闭导致发电机功率下降时，零功率也将动作出口。可见，零功率保护的相关判据存在缺陷，应当对其判据进行改进及完善。

4 改进措施

图3为改进后的零功率判据，与改进前的判据相比，零功率保护逻辑仍由5个判据构成，新判据主要对电流突变量判据进行了改进。电流突变量判据仍为I-I-20ms＞ΔIset，定值启动判据中的电流突变量定值按0.1In整定。改变之处在于，当电流突变量判据满足后不再保持5 s至装置整组复归，而是将此条件展宽150 ms，若在150 ms内低功率判据及低电流判据均满足条件，则此条件将被保持，在此期间若低功率或低电流定值返回且保持20 ms，则将突变量判据清位；若150 ms内低功率判据及低电流判据不满足条件，则电流突变量判据无效。

当突变量判据满足时，发电机功率必须在150 ms内降至零，这时才可认为发电机的功率突降是由于线路断线或跳闸引起的，从而避免因DEH的调门快关功能引起功率下降而误跳闸。另外，判据引入了低功率或低电流复归机制，当低功率和低电流判据返回且保持20 ms后，则将突变量判据清零，从而避免了突变量判据的长期保持，使零功率判据更加合理可靠。

图3 改进后的零功率保护逻辑

为验证零功率保护新判据的正确性，对零功率保护装置进行了数字仿真试验。在数字仿真系统中模拟电厂送出线路瞬时性单相接地、相间故障、相间接地故障等多种故障类型，并分别设置调门快关动作及未动作2种情况，零功率保护对上述各种情况均能正确动作，验证了零功率保护新判据的正确性。

5 结语

零功率保护对防止因电厂送出线路断开导致汽轮机超速有重要意义，但如果零功率保护的判据有缺陷或定值设置不合理，将导致零功率保护的误动而切机。因此，要对零功率保护的判据及定值进行深入分析，发现判据或定值有不合理之处应进行完善，以提高零功率保护运行的可靠性。

[1]乔永成，寇海荣，王云辉，等.发电机零功率保护[J].电力自动化设备，2011，31（5）∶148-151.

[2]严伟，方运昇，陈俊，等.特大型机组保护若干问题探讨[J].江苏电机工程，2011，30（2）∶16-19.

[3]刘麒，刘麟.FCB功能相关的发变组保护逻辑改造[J].电力系统保护与控制，2011，39（4）∶146-148.

（本文编辑：龚皓）

Maloperation Analysis of Zero Power Protection and the Countermeasures

YANG Tao1，WANG Yue2，TONG Kai1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310006，China）

Aiming at shutdown of two units caused by instantaneous earth fault of transmission line in a power plant，this paper analyzes the reasons of zero power protection action；it presents the defects in the logic criteria of zero power protection and puts forward a new and perfect criteria for zero power protection.

thermal power units；zero power protection；maloperation；logic optimization

TM773+.9

：B

：1007-1881（2014）08-0022-03

2014-02-28

杨涛（1978－），男，山东济宁人，高级工程师，从事电力系统继电保护及自动化研究与试验工作。