程跳逆功率保护在火力发电厂的应用

摘要：程跳逆功率是发电机正常停机的一种保护，正常时发电机停机收到汽轮机主汽门关闭信号后，待逆功率达到动作值时延时几秒钟，发电机解列灭磁厂用电切换，发电机达到正常滑停目的。其主要作用是防止主汽门未关严而跳主开关所引起的灾难性“飞车”事

故。

关键词：功率 程跳逆功率 主汽门 保护

1 概述

鹤煤热电厂关于两台135MW机组，停机方式为汽机联跳发电机即热工保护联跳发电机。但此种停机方式存在一些问题，在主汽门没有完全关闭的情况下，汽机跳闸后同样会向发电机保护屏的“解列灭磁”直跳发电机发信号。而值得说明的是，汽机跳闸的前提条件是，主汽门关闭即100%完全关闭，否则无法避免蒸汽进入汽缸导致汽轮机超速甚至引发飞车事故。

在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中

有明确的规定：“在正常停机时，打闸后应先检查有功功率是否到零，千瓦时表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用程跳逆功率保护动作解列，严禁带负荷解列。”因此，通过对比《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中的相关规定，可知直接解列停机不符合要求。若主汽门故障至汽源不能完全切断，则易造成汽轮机超速，（此时定转子之间的磁拉力减少）虽然汽轮机有OPC

超速电磁阀，AST自动停机危机遮断电磁阀，机械超速危机保安器，手动危机遮断器，四道防超速的措施（同时据动的可能性非常小），但是，仍然无法避免汽轮机因蒸汽进入汽缸造成超速乃至发生飞车事故。针对目前存在的问题，我们提出了修改两台机组的停机方式，即程跳逆功率停机取代热工保护停机，其有效作用能够完全保护汽轮机。程跳逆功率的动作条件是主汽门关闭，延时只有数秒。发电机过负荷、过激磁等保护动作后，启动程序跳闸，是因为这些故障发生后，不至于立即对发变组设备造成损坏，可以有时间允许关闭主汽门，有功变负值后再跳开发变组，主要是防止突然甩负荷后，主汽门关闭不及时或关闭不严密，造成汽轮机超速事故。

2 改造前机组停机方式及危害

2.1 机组正常运行时停机方式。待发电机有功降到零、无功接近于零时，汽机打闸、由热工保护（借助自动主汽门终端开关闭合信号）动作联跳发电机出口开关，也就是“机跳电大连锁”零秒动作于全停，保护是靠非电量保护动作的。上述方法停机，在机组正常运行的情况下是不会出现问题的。但是，当汽轮机存在自动主汽门关闭不到位或者在关闭自动主汽门的过程中没有关死，而其终端向解列发电机误发信号，引发飞车。

2.2 汽轮机系统故障停机方式。当汽轮机系统出现故障时，借助保护动作或者值班人员通过手动打闸的方式关闭汽机自动主汽门、热工保护（借助自动主汽门终端开关闭合信号）动作联跳发电机出口开关。在汽轮机负荷运行的过程中，突然出现的故障导致机组被迫紧急停机，同样会发信号至发电机保护柜 “解列灭磁”直跳发电机，汽轮机和发电机之间的电磁力矩消失导致汽轮机超速，造成汽轮机尾部叶片过热、损伤，轻者导致汽轮机使用寿命减少，重者导致汽轮机发生飞车等特重大事故（即汽轮机报废）。

2.3 汽轮机超速保护及缺陷。为了确保汽轮机正常运行，通常情况下，借助下列保护措施对汽轮机进行保护：①OPC超速保护电磁阀。如果汽轮机的转速超过103%时，并且信号可靠，系统会将高压调门和中压调门关闭；当转速降到103%以下时，维持汽轮机的转速在3000rpm，系统将会重新启动高压调门和中压调门。②AST自动停机危急遮断电磁阀。借助该装置对机组的某些重要运行参数进行监视，监视内容包括：当汽轮机的转速较高，达到110%时，在这种情况下，汽轮机的运行参数超过安全运行的极限，AST自动停机危急遮断电磁阀给出接点控制信号对AST电磁阀进行控制，使汽轮机关闭自动主汽门和调节汽门，进而确保机组的安全性。③机械超速危急保安器。汽轮机在运行的过程中，其转速达到110～112%时，引发飞锤（或飞环）出击，造成汽轮机停机。④手动危急遮断器。汽轮机在运行的过程中，转速超过110%时，被运行人员发现，通过采取措施，借助手动危急遮断器，使汽轮机停机。

通过对上述进行分析，对汽轮机的防超速保护措施可以说是非常健全和完善的。通常情况下，出现四道措施同时拒动的可能性很小，甚至可以认为汽轮机出现超速的可能性几乎不存在。如果汽轮机存在下列缺陷：由于卡涩导致自动主汽门、调节汽门同时出现关闭不到位的现象；抽汽逆止门不严密或联锁动作不可靠；汽轮机旁路系统因停机或甩负荷而不能联动开启时，在超速保护正确动作的前提下，蒸汽进入汽缸仍然无法避免，进而引发汽轮机超速甚至出现飞车事故。

2.4 汽轮机超速与逆功率运行的危害比较。在开关误动几率方面，同逆功率保护拒动机相比，汽机自动主汽门关不严或自动主汽门终端开关误动的机率要大得多；同时超速造成的危害要比汽机发生故障时通过降转速造成的损失要严重很多。另外，在逆功率保护拒动，还可以通过人工判断的方式，进行手动解列，在时间方面只是延迟一点而已。超速引发的危害，汽轮发电机组瞬间报废是超速产生的最严重的后果，而逆功率运行的危害是缩短汽轮机转子的使用寿命。

3 发电机程跳逆功率分析及应用

在过负荷、过励磁、失磁等各种异常运行保护动作后，发电机需要程序跳闸。保护的具体流程为：先关闭主汽门，经主汽门接点闭锁和发变组断路器位置接点闭锁，由程序逆功率进行保护，延时动作于跳闸。通常情况下，逆功率对汽轮机进行保护，当主汽门出现误关闭，或者当机组保护动作于关闭主汽门而出口断路器没有跳闸时，发电机将通过电动机的方式进行运行，进而吸收系统中的有功功率。此时因为损失鼓风，有可能导致汽轮机尾部叶片过热，损坏汽轮机叶片，这种情况不允许长期存在，逆功率保护可以很好地起到保护作用。对于程跳逆功率保护来说，主要用于发电机非短路性故障或防止汽轮机超速损坏的正常停机等，先关闭主汽门，有意造成发电机逆功率，再解列发电机的保护。

鉴于目前存在的问题，我们对两台机组停机方式进行了改造，即程跳逆功率停机取代热工保护停机，具体实施方案如下：

①将“程跳逆功率”保护项目写入发变组保护柜。在发变组保护柜程序备用通道新增加“程跳逆功率“保护项目，并将动作逻辑判据写入程序软件版本中，整定程跳逆功率保护定值为：Pg（负）=-1%Pe（二次额定值）。

②将汽轮机主汽门关闭信号接入发变组保护柜内。将主汽门关闭K节点引入发变组保护柜并接至程跳逆功率保护逻辑判据。使逆功率与主汽门关闭条件编辑成逻辑与门关系，动作时间T11：1S后跳闸。

③将发变组柜“热工保护”动作跳闸修改为动作发信。修改发变组跳闸逻辑，即退出热工保护在发变组柜上的跳闸令并将此修改为动作发信，为程跳逆功率保护的实现创造条件。

■

4 发电机程跳逆功率应用效果分析

经过改造后，机组停运方式通过程跳逆功率保护来实现，起到了安全保障，改造后避免了机组正常停机过程中，汽轮机存在主汽门关不严、调节汽门或抽汽逆止门关不严等缺陷时（此种情况出现的几率很大），可能发生发电机出口开关断开后，汽机打闸关自动主汽门时由于自动主汽门、调节汽门或抽汽逆止门关不严而继续向汽缸返汽，导致机组超速飞车的严重后果。避免了汽轮机尾部叶片过热受损减少使用寿命，重者导致汽轮机发生飞车等特重大事故（即汽轮机报废）。

参考文献：

[1]雷朝辉.火电厂保安电源柴油发电机组电气系统改造[J].价值工程，2011，35.

[2]谢冰，刘继权，曹晓东.电厂机组UPS事故案例分析[J].煤炭科技，2012，04.

[3]王莉.浅谈火电厂高压电动机的故障处理[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009，04.