TRT發電保護系統的構成分析與改進

李蘇成

（福建三鋼閩光股份有限公司動力廠，福建三明 365000）

引言

高爐煤氣余壓透平發電機組（TRT）是高爐主要的輔助設備，它通過煤氣的壓力與熱能使電機進行發電，不需要借助燃料即可運轉，能量回收率接近30%，是一種很好的節能設施。需要依據TRT 發電保護系統的特點，設置TRT 保護系統的組成和連接方式。在當地電網發生問題時，對TRT 系統中出現的故障和電壓升高等問題進行分析并提出解決思路。通過建立帶有連接線的組合式跳閘發電機保護裝置，解決本地網絡波動對發電機組的影響，并提高TRT單元的安全穩定性。

1 TRT保護系統的特點

TRT 系統具備如下特點：受到高爐煤氣不穩定的影響，會讓發電的穩定性受到較大影響，發電機的功率必須適應高爐生產過程的具體條件；TRT 系統因為發電的電網容量有限，因此其發出的有功和無功功率不會受到太大影響和出現較大的變化幅度。

通過以上的特點分析，可知發電機必須依靠電網的連接，才能滿足荷載的要求。TRT 系統必須要具備安全性和可靠性。但是，由于自然條件、設備和人為因素的影響，可能會發生各種錯誤，必須安裝保護裝置才能快速準確地排除故障。

2 TRT保護控制系統

控制系統及保護裝置由西門子公司提供。如果透平機設備及系統出現問題，PLC 控制系統將快速切斷快切閥，閥板將完全關閉，旁通閥打開并讓發電機斷開運行。旁通閥可以通過一定位置來調整高爐內部的壓力，完成這個過程后，將高爐內壓力的控制轉變為減壓閥的開關操作，這樣就能完成一個完整的工作流程。常見的TRT 故障為：透平機的振動，動力和潤滑壓力過低，發電機關閉裝置的觸發，設備溫度過高等。

3 電氣保護系統

當發電機在運行過程中出現問題，那么保護系統就會動作，同時也會對系統發送故障信號，以使得透平機聯鎖停機。發電機在配置時，需要配置接地、過壓、低電壓、發電機頻率等保護。當發電機或系統出現過電壓或系統接地時，能發送反饋信號到保護系統，對整體發動機進行保護，以保障系統的安全。

（1）保護系統用于TRT 保護系統與變電站之間的連接和監視的設備。配備有電流速斷和過電流保護，作用在連接系統的斷路器上。

（2）勵磁控制系統可以很好地對系統進行限定和保護，控制發電機在合理的范圍內運行。這些功能包括：V/Hz 限制以防止發電機和感應負載的低頻過勵，強勵磁和過勵限制；P/Q 限制功能以防止發電機的低相位超前和損耗以及PT短路保護。

（3）微機變壓器的保護和監視。配備有電流快速中斷和過電流保護本體非電量保護，該電流對跳閘變壓器柜的斷路器起作用。

（4）低壓輔助電源系統。出廠設置的電壓等級為AC380/220V，集成了用電和一般照明系統。在發電站配備了主要和備用電源，主電源主要連接變壓器，備用電源主要與上一級的變電站進行連接。配電系統應用總線連接的方式，可以配備自動斷電系統進行保護。在配電系統工作過程中，當主電源因為某些問題出現故障不能正常運行，系統可以智能切換到備用電源，以使得整個配電網絡的正常運轉，保障系統的安全穩定。

4 TRT保護系統優化案例

4.1 事件經過

3 月26 日9∶29∶38∶098，4#TRT 進線柜9302 過電流保護動作跳閘，機組孤網運行；9∶29∶38∶815，機組轉速3 220 r/min，發電機出口電壓17 kV，機組過電壓保護聯鎖停機；機組最大轉速3 390 r/min，危急保安器動作。同時機組因0.4 kV 低壓電源失電，電動蝶閥無法電動關閉，1#、2#動力油泵無法正常啟動，使旁通閥動力油壓低全開，導致4#高爐頂壓下降至108 kPa，減風22 min。通過對現場保護報警情況及事情經過詢問綜合分析確定，當班人員誤將4#TRT 雙電源低壓柜自動切換裝置轉至“停止”位置，導致發電機勵磁裝置交流失電，機組過勵運行，引起進線柜過電流保護動作脫網聯鎖停機。確認機組無異常后，10∶10 機組重新啟動，10∶22 并網發電。

4.2 原因分析

（1）當班人員誤將4#TRT 雙電源低壓柜自動切換裝置轉至“停止”位置，導致發電機勵磁裝置交流失電，機組過勵運行，引起進線柜過電流保護動作脫網聯鎖停機，造成4#TRT跳機。

（2）4#TRT 進線柜9302 過電流保護動作，使發電機孤網運行，導致機組轉速至3 390 r/min，危急保安器動作。

（3）因0.4 kV低壓電源失電，電動蝶閥無法電動關閉，1#、2#動力油泵無法正常啟動，導致4#高爐頂壓下降至108 kPa，減風22 min。

（4）4#TRT雙電源低壓柜自動切換裝置“嚴禁觸碰”標識不夠明顯，存在人員走動觸碰或衛生清理誤動的可能性。

4.3 整改措施及方案

配電保護系統應能有效應對配電系統電壓電流波動對發電機的威脅。在傳統保護系統的基礎上，增加綜合連接保護系統，用于額外的DCS 聯鎖停機保護。保護系統通過4XB 連入DCS 系統，達到保護目的（見圖1）。

圖1 改造后保護系統接線圖

保護順序為：進線柜線路保護動作信號發送至DCS 使投屏機組聯鎖停機，機組發出故障信號至差動保護裝置MGPR-810H，差動保護裝置MGPR-810H 接收到水電熱工故障信號并動作于勵磁滅磁及發電機并網開關動作。上述保護系統的連接，可避免發電機組因為進線柜斷路器跳閘導致發電機孤網運行，且迅速切斷透平機前端煤氣介質；避免因發電機過電壓、超轉速等問題造成機組更嚴重的破壞及事故。

5 結論

綜上所述，由于高爐煤氣的工藝參數不穩定，TRT發電保護系統用來避免其出現發電不穩定的問題。通過改進TRT 保護系統并適當調整保護操作模式，可以避免因為TRT 系統工作中固有問題對高爐生產的影響。通過對保護系統的改進，可以對錯誤操作造成過電壓等問題進行正確應對，這對于整體配電系統穩定運行具有重要的作用。