关于机组甩负荷后发电机未跳闸工况分析

摘 要：单元制机组是指，由一台锅炉和一台汽轮机相配合的系统。本文主要针对某电厂单元制机组甩负荷后自带厂用电过程进行分析，深入探讨机组甩负荷后自带厂用电过程中的不安全因素以及如何将这些不安全因素降至最低。

关键词：单元制机组 甩负荷 未跳闸

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）08-0348-01

对于单元制机组，正常运行中如果出线跳闸，发电机同时也跳闸会导致厂用电失去的事故；如果出线跳闸，发电机未跳闸而转为自带厂用电方式，就是所谓的“小岛运行方式”，此种方式对机组设备的安全运行会产生比较大的影响，对运行人员的技术水平也是巨大的考验。

一、某厂单元制机组接线方式概述：

220kV 母线为双母线接线，发变组和启备变间隔；母线间有联络开关。220kV系统母线经两回出线送出。出线跳闸时如果保护未动作机组进入以下两种方式运行，一个是小岛运行，一个是厂用电全失。

某厂单元制机组对外停电后自带厂用电运行5分钟，在这5分钟内锅炉超压，过热器压力18.3MPa，过热器1、2号安全门动作；汽机转速最高3215rpm，汽轮机OPC保护频繁动作，汽机转速在3000-3160rpm之间频繁摆动；汽轮机打闸后，发电机因为逆功率不会动作没有跳闸，直到转速下降，产生过激磁，励磁电流增大造成励磁变过流才跳闸，在此过程中对机组设备的安全运行是一个严峻的考验。

二、以下图析某厂单元制机组对外停电后自带厂用电运行过程

1.图一是汽轮机手动打闸后发电机保护动作情况：汽轮机手动打闸后20s发电机过激磁保护报警（此保护定时限动作减励磁；反时限动作关主汽门），17s后发电机低频累积跳闸报警（此保护只动作关主汽门），励磁随发电机转速下降一直增加，所以42s后发电机励磁变高压侧电流152A，励磁变过流保护动作跳闸动作于发电组全停。发电机正常跳闸是通过逆功率保护动作，保护配置共两套，一套程跳逆功率，动作条件为任一主汽门关与任一中压主汽门关与上功率为-3MW，延时1秒跳闸，另一套为长延时逆功率保护，动作条件为功率达到-4.5MW，延时15秒跳闸。由于机组对外停电，所以不会产生逆功率，保护不会动作。

图一：汽轮机打闸后发电机A柜报警 图二：发电机主参数变化

2.图二是发电机主参数变化情况：机组电气参数大幅摆动，发电机有功由250.4MW下降至16.7MW，无功由83.45Mvar 下降至8.86Mvar，发电机定子电压由19.85KV 上升至20.3KV，定子电流由7.66KA降至0.6KA，转子电压由285.6V下降至146.2V，转子电流由1566A 下降至796.7A，主变高压侧电压由227.87KV 上升至237.5KV，频率由于OPC频繁动作大幅度摆动多次。

3.图三是发电机参数和励磁参数关系：发电机甩负荷后由于电枢反应的去磁作用减弱，使得发电机出口电压迅速升高，由于出口电压升高，励磁调节器将励磁电流迅速减小。汽轮机打闸后随着频率下降发电机出口电压下降，励磁电流不断升高.

4.图四为辅机对励磁的影响：因频率下降，厂用电动机磁通和电磁功率增大，电动机电流的增大，，即无功功率需求增加，导致发电机出口电压下降，励磁电流不断增加来维持发电机出口电压稳定。

图三：发电机参数和励磁参数关系图 四：辅机电流随频率下降变化

三、下面对三大主设备分别进行分析：

1.锅炉方面：锅炉面临最大的问题就是超压，对锅炉受热面的承压能力是很大的考验；又因为OPC频繁动作，压力大幅度波动，对锅炉受热面和蒸汽管道形成巨大的冲击，严重影响锅炉和蒸汽管道的安全。

首先迅速切除多台磨煤机运行，保留底层磨煤机运行，尽量减少进入锅炉的燃料量，锅炉压力仍无法控制时，可以投入一层油枪，切除全部磨煤机运行。

可以手动开启PCV阀进行锅炉泄压，由于正常运行中我厂要求关闭PCV阀前手动门，所以第一时间不能开启，针对此种情况，可以考虑正常运行开启PCV阀前手动门，在出现小岛运行方式时能第一时间开启PCV阀消压。

投入旁路系统，针对我厂机组正常运行过程中，旁路系统均采用停电的运行方式，可以做好事故预想，机组甩负荷及时给旁路送电并且投入，投入旁路过程中严密监视再热蒸汽不超压，高旁后温度不能低于380℃，低旁温度不能高于121℃。由于机组旁路系统的设计容量为30%，如果小岛运行方式比较频繁的话可以考虑对旁路系统进行增容。

2.汽机方面：汽轮机甩负荷后，发电机的制动力矩消失，汽轮机的主动力矩全部用来使转子加速，转速迅速升高，OPC保护动作，动作出口关高压调门和中压调门，转速到3082rpm，保护复位，调门重新开启。由于OPC保护会频繁动作，对EH油系统管路以及调门的安全形成威胁。

当汽机打闸转速下降后，处于低频运行，汽轮机将产生机械振动，大的振动应力会使汽轮机叶片产生材料疲劳，当这种疲劳达到不允许的程度时，会使汽轮机叶片断裂，造成汽轮机恶性事故。材料疲劳是一个不可逆的累积过程，因此对发电机的频率必须严密监视，根据以下规定执行。

若频率无法稳定在48.5～50.5Hz，将机、炉保安MCC段切换至保安PC段带，启动主机交流油泵，按下锅炉MFT、发变组紧急停机按钮，检查汽机跳闸。

3.电气方面：出线跳闸后，发电机、主变、高厂变自成一个独立的系统，它的频率随着发电机的转速变化。发电机甩负荷后，发电机出口电压迅速升高，自动电压无功补偿装置AVC通过自动励磁调节装置AVR迅速减少励磁来维持电压稳定。

当汽机打闸转速下降后，发电机、主变、高厂变系统的频率随之下降，而主变、高厂变一次侧的电压下降速度小于频率的下降速度，根据磁通和感应电势、电压的关系式：U≈E=4.44fNΦ，当频率下降时，变压器、厂用电动机磁通将上升，主变、高厂变以及厂用电动机励磁电流增加，发电机三相定子电流也增加，无功也随着增加，由于主变、高厂变厂用电动机励磁电流为感性的，对发电机电枢反应起去磁作用，为维持发电机定子电压不变，发电机的励磁电流及励磁电压也同时增加而引起过激磁。 过激磁对发电机的危害是很大的 ，有可能造成发电机金属部分的严重过热，在极端情况下，能使局部铁芯很快熔化，严重损坏发电机。

汽轮机打闸后转速下降，发电机也处于低频运行状态，发电机两端风扇送风量降低，发电机冷却条件变坏，各部的温升升高。所以频率规定也按照上述表格规定执行。

由于汽轮机打闸后逆功率不会动作，发电机不会跳闸，所以汽轮机打闸后必须手动解列发电机，防止低频运行和过激磁。

由于高负荷时机组甩负荷后自带厂用电，会引起锅炉严重超压，汽轮机超速等可能引起设备损坏，可以考虑增加以下保护： ①220kV母线两条出线跳闸；②220kV母线两条出线至电网侧所有开关跳闸；③两条线路两端开关各任一侧开关跳闸；④增加甩负荷保护。动作出口为跳发电机。

四、总结：

由于某厂为单元制机组，机组对外停电的几率还是比较大的，所以了解出线跳闸后机组的保护动作情况以及需要手动干预的操作是很必要的；了解此种事故情况下可能造成的设备损坏，做到每一步操作有据可依，对保护设备的安全是非常有用的。

参考文献

[1]胡虔生、胡敏强，《电机学》，中国电力出版社，2009年07月发行。

[2]王正茂、阎治安，电机学，西安交通大学出版社，2000年09月发行。