電網故障導致1000MW發電機組跳閘分析及解決對策

李錦雙　王師

摘要：在1000MW發電機組特大容量的發電機組裝機過程中，需要綜合考慮各種情況，否則極容易造成事故的發生。文章通過對一起電網故障的問題進行分析，探究造成電網跳閘的具體原因，并指出排除故障的方式，以期能夠有效地提高1000MW發電機組的穩定性。

關鍵詞：1000MW發電機組；電網故障；保護動作；跳閘故障；負荷波動 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM751 文章編號：1009-2374（2016）19-0126-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.060

1 事故的經過分析

在電網的維護中，如何正確識別機組的各種工況，是對大機組進行維護的前提，如果不能熟練地對機組的工作情況進行分析，就不能有效地采用正確的方法對機組進行保護。某發電廠有兩臺1000MW的發電機組在具體的工作中出現事故，它采用500kV線路連接至變電站500kV的母線，該母線B相接地短路并且符合工作管理要求，在50ms內能夠切除線路故障。但是在工作的過程中，1臺機組在電網故障時發生負荷波動，電壓由664MW下降到332MW，出現電壓波動后回升到664MW。機組長發出甩負荷指令，將機組的調節氣門關閉，機組逆功率運行，在保護動作經過30s后，機組停止工作。

發電廠、變電站500kV母線采用的是并列運行方式并入電網，母聯開關接入電網。在發電廠端，開關501、551、553等接入母線Ⅱ運行，對發電廠的電機進行控制，502、552、554開關接入母線I并入電網。

500kV變電站的B相接地短路時母差開始保護動作，開關斷開轉向連接，使得線路開關551乙及555聯通，保護電路接通，在經50ms后電路故障切除，線路恢復接通。由于發電廠的2#發電機發生故障，使得線路的功率發生變化，從645MW快速地突變為300MW，這樣就觸發了DEH指令，高、中壓調門能夠快速關閉，促進電路的負荷下降到170MW作用，機組的機長發出甩負指令，DEH控制系統對汽輪機的轉速進行控制，以降低線路的負載，使得線路的負荷變為-12MW，最終保證線路負荷的穩定，在經過一系列的動作之后，32s后“發變組第一套保護逆功率跳閘”保護動作，開始對電網的負荷進行保護動作，觸發汽輪機跳閘，進而觸發鍋爐MFT的保護動作，這樣就引發了“發電機保護動作”和“汽機跳閘”等一系列的動作。

當電網發生故障時，1#發電機功率就會從644MW變為300MW，然后又突變為658MW，造成電網的電壓發生波動，觸發DEH快速發出指令，汽輪機組的高、中壓就會快速關閉，線路的電壓降低，促使線路的負荷降低到-130MW，在2s后，DEH指令消失后，汽輪機的負荷就會逐漸恢復，在29s后，電路的功率就會達到644MW。在1#機發生波動后，電網恢復正常工作，2#機負荷致使DEH發出指令，將高、中壓關閉，進而逆功率保護動作開始運行，使得機組外區域在發生故障時對整個電網進行關閉。

2 電網產生故障的原因分析

2.1 當1OOOMW機組逆功率保護動作的故障分析

在電網正常運行工況下，2臺機組都具有有功功率和無功功率，二者能夠有效地維持電網的穩定工作，當電網出現故障發生短路時，電網的有功功率和無功功率都會發生變化，這時電路的阻抗也會根據線路的變化而產生變化，繼而會導致線路的電路過大，產生短路電流，這樣就會為發電機提供非常大的短路電流，導致其他電路的負荷變小，電路的電流也會變得很小，造成發電機的有功功率在短時間內降低了很多，同時也會對發動機造成危害。因此在電網發生短路故障時，發電機組就會產生甩負荷，影響電路正常的工作，這樣就會造成線路的過載保護起作用，切斷線路的連通。

發電機組發生甩負荷后，汽輪機的高、中壓就會受到影響，導致機組的調門DEH開始發出指令，對調門的反饋偏差過大進行控制，以減小電路的電流的偏差，進而觸發了DEH的調門指令，使得高、中壓調門能夠快速關閉來降低線路兩端電壓的偏差，達到對發電機組的保護，雖然在經過50ms后的電壓調整之后，使得電壓能夠恢復正常，但是由于DEH的調門反饋回路滯后，影響著DEH快門的指令撤銷并不能在短時間內快速的啟動，而是還處在關閉的狀態，這樣就會使得電網的負荷降低到-17MW。由于電網的電壓短時間內在-17～644MW之間內波動，造成電網短時間內的負波動過大，觸發了機組長甩負荷的指令，進而導致DEH調門執行關閉指令，保證電路電壓在瞬間能夠降低，將機組負荷控制方式切換至汽輪機轉速控制方式，實現對電路的保護工作，發電機就會處于逆功率工作的狀態下，然后經過32s逆功率保護動作，關閉整個電路，實現對電機的保護。

2.2 電網故障時的負荷波動，1#發電機機組沒有切機的故障

這種故障是由于1#電機的負荷在電網故障時，采用負荷波動而造成的，這時1#發電機功率瞬間在300～644MW之間發生波動，導致電網的負荷產生波動，容易造成汽輪機的高調門的偏差過大，發出的指令與實際的反饋偏差大于35%，導致電路的負荷過大，這時就會觸發DEH調門快關指令，發出關閉高、中壓調門的指令，然后使得電網負荷降至-130MW，可以看出電網的負荷在-170～668MW。在線路負荷下降2s后，DEH調門的快關信號消失，汽輪機的高調門與反饋信號的指令發生變化，導致快關信號延遲0.5s，此時汽輪機仍然處在原有的控制系統之下，這時DEH的低調門就會開啟，汽輪機的轉速在短時間內得到恢復，電路的負荷就會在短時間內達到最高，在29s后負荷達到644MW，因此經過DEH高、中調門的控制，使得1#發電機組在短時間內能夠恢復正常工作。

2.3 2#發電機調門快關后不能正常恢復的原因分析

由于電路的負荷由于發動機的負荷功率變化引起的，如果發電機的功率在短時間內由644MW突然下降到300MW，負荷控制器就會工作，對電路進行調節，DEH就會發出指令，指令機組開始輸出正電流，這樣高調門的電壓就開始升高，發生變化，在200ms之后，2#發電機的負荷突變為664MW，導致電壓在瞬間內的波動太大，在高調門的負荷控制監測到負荷升高發生變化之后，就會發出關閉高調門的指令，指令板的電流從正電流轉變為負電流輸出，以保證電路能夠正常的工作，電網的伺服閥也會從進油開閥的狀態轉變為關閉狀態，促使電網負荷達到穩定狀態。

3 電網發生故障的解決措施

3.1 機組長甩負荷邏輯的作用和動作條件

電網的負荷波動是造成電壓跳動主要原因，當電網的負荷發生波動時，就會造成發電機組的故障，使得控制器發出指令，關閉機組。控制機會發出調門指令，機組長甩負荷邏輯開始產生保護動作，為了防止汽輪機超速而快速關閉調節門，造成電網負荷的波動，控制器會對機組進行控制，對電網的控制方式進行轉變，從而能夠有效地保證電網工況的安全。但是當出現發電機沒有與電網解列的電網故障時，電網內存在負荷的波動，就不會導致機組超速，這時機組長不會發生長甩負荷邏輯的動作。

甩負荷識別模件的工作情況如下：（1）瞬間將負荷中斷，就是短時甩負荷，減低電網的負荷；（2）長甩負荷，二者都是將信號輸送至速/負荷控制器，由它們發出信號指令，在線路負荷出現波動時，控制器就能夠暫時的將調門關閉，使得電網的負荷能夠在瞬間內滿足要求。

因此電網在工作的過程中，如果出現以下兩種情況，就會發生甩負荷的現象：

第一，一個周期16ms內，如果電網負荷的波動比較大，在超出甩負荷極限值728MW時，機組長就會發出甩負荷的命令，以降低電路負荷。

第二，如果能夠同時滿足下列條件，也會發生甩負荷現象：（1）主變高壓側開關閉合，造成發電機組的負荷波動過大；（2）機組的實際負荷與電廠的用電負荷差距在2倍以上；（3）機組的實際負荷高于電網的額定值；（4）機組的有效負荷設定值與實際負荷的差值與用電負荷的差距太大。

在滿足上述條件時，機組就會發生波動。在機組的短甩負荷延時2s過程中，如果功能負荷在2s內能夠恢復正常，機組還能夠正常工作。但是這時2#機組在故障發生的瞬間，負荷依然滿足上述的條件，這時機組就會發出甩負荷的指令，調門就會對控制系統進行管理，將電機切換到轉速控制模式下。

如果在轉速控制方式下，機組的實際電氣功率為-12MW，這對電網的控制沒有多大作用，這時轉速的控制信號就不會發生作用，不參與到信號的調節，電機的工作模式發生變化，這時發電機變成了電動機，吸收電網的有用功，當電網的功率為-5MW時，機組的逆功率保護發揮作用，延時30s后，將觸發汽輪機的控制調門。

因此，對于1000MW機組誤跳閘的原因分析主要有：調門的指令時間與調門的反饋回路出現滯后和誤差，導致調門不能正常的工作，在電網故障切除后，電路控制器的信號消失，電網的負荷恢復正常后；機組長甩負荷邏輯中的設定值不合理，沒有正常地對電網的工況進行分析，導致機組誤進行汽輪機運行模式，導致機組出現逆功率的情況，從而造成整個機組全部停止動作。

3.2 電網故障的整改措施

通過對該發電廠產生的故障進行了全面分析，可以采取如下的措施，對電網進行控制：（1）提高調門指令計算時間和調門反饋時間的靈活度，減少信號的反饋時間，對反饋回路的反饋速度進行控制，減少調門發出指令的延時，使得調門對電網出現故障時，發出的指令更具有時效性；（2）結合電網的故障，正確識別發電機的運行工況，將電網回路工況和電網外區域的工況區別開，保證汽輪機的發電機機組在孤島運行狀況時，取消長甩邏輯的轉速控制方式，提高調門的控制效率。

4 結語

1000MW發電機組系特大容量的發電機組，在具體的裝機過程中，需要對各種情況進行充分分析，對機組控制與保護、繼電保護等方面要做到合理的配置，在設計與調試的過程中對機組控制和保護邏輯采用合理的定置，以保證電網能夠安全地運行。

參考文獻

[1]陳志俊.外高橋第三發電廠汽輪機保護系統介紹[J].

科技風，2012，（3）.

作者簡介：李錦雙（1985-），男，廣東東莞人，廣東惠州平海發電廠有限公司高級工，助理工程師，研究方向：火電廠集控。

（責任編輯：秦遜玉）