华能重庆两江燃机发电有限责任公司 赵文博 向东 陈柄宏

1 某燃气-蒸汽联合循环机组概况

某燃机电厂#1、#2机组燃气轮机采用东方电气引进的日本三菱重工M701F4型重型燃机；汽轮机采用三压、再热、单轴抽汽凝汽式供热机组；发电机为全氢冷方式；余热锅炉采用东方日立锅炉生产的卧式、无补燃、三压、再热、自然循环余热锅炉。燃气轮机、汽轮机、发电机采用同轴布置，纯凝性能保证工况下发电功率467.34MW。

#1、#2机组分别采用发电机——主变压器组单元接线，发电机出线经出口断路器GCB连接至主变压器。主变压器经500kV GIS接入500kV电网，电厂500kV系统采用二分之三接线方式，通过同塔双回出线接至变电站，线路全长6公里。厂内两条出线在变电站内与屏某1线、屏某2线合环运行。

2 三菱燃气-蒸汽联合循环机组有功功率变送器使用情况

为了保证机组实发有功功率信号的稳定性和可靠性，某电厂每台机组有功功率变送器共4个来测量机组的实发功率，其中#3、#4有功功率变送器取高值再与#1、#2有功功率变送器取中值，送机组TCS控制系统参与机组负荷调节控制。当发电机输出功率信号3个信号中任意2个故障，机组应立即跳闸。

3 事件发生概况

某年11月24日22:33时 #1机负荷稳定在230 MW，#2机组负荷稳定在230MW，燃机500kV系统合环运行，双机正常运行，无异常报警，电厂内无设备启停操作。电网屏某线上500kV #3主变在22:34:40.98进行合闸充电，#1、#2机组从22:34:41开始有功功率瞬间大幅度波动，22:34:42.27机组燃气轮机控制系统（TCS）发“OPC ACTUATED”报警，随后22:34:43.42机组燃气轮机控制系统（TCS）发“FLAME LOSS TRIP”跳闸报警，延时0.2s后，#1、#2机组同时跳闸解列。

4 机组跳闸分析

4.1 保护动作正确性分析

“FLAME LOSS TRIP”保护动作后延时0.2S机组跳机，PMU数据中有功功率发生突变时刻为22:34:43.62，据此判断，保护动作时刻为22:34:43.42，动作时刻如图1所示。

图1 灭火保护动作时刻

图2 FLAME LOSS保护逻辑

根据灭火保护动作逻辑如下：在发电机功率继续大幅度波动时，由图2可以看出来当中压缸入口压力经过FX02函数的换算后的结果减去发电机功率结果FX01换算的结果大于13，延迟0.2秒，FLAME LOSS主保护动作。结合图1判断，此时机组功率已经很低，满足保护动作逻辑，灭火保护动作基本正确。

4.2 保护动作原因分析

4.2.1 机组OPC系统动作分析

在跳机前，机组OPC保护动作曾经动作。OPC动作原理：在没有进行超速实验时{汽机转速经过函数FX[01]换算后+（中压进汽阀后压力经过函数FX[02]换算后－发电机功率经过函数FX[03]换算后）的值再经过函数FX[04]换算的的结果＞107.5}保护动作，动作后会将相应的高调门/中调门/低调门/MECV/ELCV关闭，直到OPC动作指令消失。

图3 OPC保护动作时刻分析

结合OPC保护动作时刻分析，由于OPC动作时刻机组功率已经较低，也基本满足OPC的动作判据，因此OPC动作基本正确。

4.2.2 机组燃机控制系统动作分析

燃机控制系统并网运行方式主要是功率闭环，对功率偏差进行负反馈调节，即当实际功率高于设定值时，减小调节指令，实际功率低于设定值时，增大调节指令。在负荷波动过程中，燃机控制系统测量的功率与PMU实测值有很大的偏差，如图4所示。

在扰动开始阶段，燃机通过功率变送器实测的功率最大值达到320MW左右，严重失真，而此时实际功率（PMU测量值）并未升高，这一失真的功率将导致燃机控制指令CSO的错误控制（如图5所示）。因此功率变送器失真，可能导致OPC和FLAME LOSS保护动作跳机。

图4 燃机实测功率与PMU实测功率对比

图5 功率变送器失真导致燃机指令CSO错误调节

4.2.3 屏某线上主变充电对机组的影响分析

燃机电厂500 kV主变压器中性点是直接接地，当屏某线上500kV #3主变合闸冲击时，绕组产生励磁涌流，该涌流含有很大的直流分量和大量的非周期分量，此直流分量经过输电线路至燃机主变的励磁电抗，使变压器铁芯趋向饱和，从而产生相应的和应涌流，和应涌流的方向与励磁涌流方向相反，主变就由初始的不饱和状态过渡到饱和状态，和应涌流将由小到大逐步增长，它的大小与该励磁涌流的大小有关，且含有大量的直流分量和谐波分量。

图6 发电机三相电流的谐波分量值

最大的时刻测量电流的B相电流的二次谐波达到了B相电流的33.5%，三次谐波达到B相电流的20%；A相电流的二次谐波达到了A相电流的26.70%，三次谐波达到A相电流的18%。测量CT饱和，A、B相电流发生了严重的畸变，电流互感器不再工作在线性区，饱和后的一次电流的增量部分均为励磁电流，二次电流不再反应一次电流实际值，且伴随着谐波出现，波形发生严重畸变，可能导致功率输出非线性，机组有功功率（电流）输出失真。如下图7所示：

图7 发电机三相电流输出失真

综上所述，可知由于电网站内屏某线上500kV主变全压冲击，产生瞬间励磁涌流，而励磁涌流对机组的主要影响是产生和应涌流。由此造成电气二次回路产生谐波电流，致使测量CT的铁心饱和，功率变送器输出会产生无规则的畸变，导致运行机组的有功功率测量值发生跳变，机组故障发生跳闸事故。

5 措施

首先，采用新型数字式功率变送器，以弥补模拟变送器固有特性在实际使用中对电流波动判断的不足。

以FPWK-301D 数字式功率变送器为例，采用大规模集成电路，应用数字快速采样处理技术，集成化程度高，工作更加可靠，具有优异的精度、线性度和长期稳定性。FPWK-301D式变送器将所要测量的电压（或电流）正弦波进行采点分割计算，横轴将一个周期分为 64 块，每一块都近似为一个长方形，将每一块的电压幅值乘以电流幅值再乘以分割成的时间（50Hz 就是 20ms/64 点），得到每一块的功率，再进行累加。从交流采样开始都由微处理芯片的程序进行处理，在芯片的编程处理中，人为的滤除输入突变信号，并将稳态的测量值做窗型滤波，使得变送器的输出更加稳定。

FPWK-301D式变送器具有三种工作模式：瞬时快速响应模式：响应时间＜40ms；瞬间涌流抑制模式：响应时间＜300ms；兼顾模式：响应时间＜90ms（32～250ms可调）。其中兼顾模式既能保证一定的瞬时快速反应能力又能滤除一定时间内的尖峰干扰信号，同时FPWK-301D式变送器采用双PT、双CT输入（可在PT或CT断线时进行无扰自动切换）增加了抗干扰能力。

其次，为避免发电机功率信号受干扰后出现超量程而引起保护误动，对燃机功率负荷控制逻辑和燃机、汽机同轴机组OPC保护设置的适应性进行全面分析。