3/2接線廠站出線全跳機組保護配置及處理分析

摘 要：對于電氣主接線系統為3/2接線型式的大容量發電機組，如電網系統穩控裝置控制策略中“高頻保機功能”退出，“出線全跳功能”和“線路N-2功能” “高/低頻切機功能”均整定為“0”，當線路發生高低頻、過載情況或全跳后穩控裝置不會自動切除運行機組，發電機將帶廠用電繼續運行，這種情況下容易導致發電機組超速、汽輪機OPC保護頻繁動作、6 kV廠用電系統備用電源切換失敗等嚴重事故。鑒于此，配置了機組功率突降、發電機零功率保護，當發生送出線路全部跳閘的情況時，能確保發變組保護動作，機組安全停運。

關鍵詞：3/2接線；出線全跳；汽輪機超速；廠用電中斷；零功率保護

中圖分類號：TM621.3" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）06-0024-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.06.007

0" " 引言

隨著電力系統不斷發展，3/2接線型式逐漸成為國內外大機組、超高壓系統的主要接線方式之一，這是因為其兼有環形接線和雙母接線的優點，運行方式靈活、可靠性高，且隔離開關配置較少，系統結構簡單，降低了誤操作概率[1]。但當發電廠升壓站僅剩單一送出線路運行時，系統運行薄弱，若線路故障跳閘，在運機組將無法對外供電，并且若系統穩控裝置切機功能與發變組保護配置不當，將引起發電機組超速、6 kV廠用電中斷等嚴重事故。

1" " 廣東粵電靖海發電有限公司Ⅱ期500 kV升壓站GIS系統3/2接線型式簡介

靖海電廠2×1 000 MW機組以500 kV電壓等級接入系統，電廠兩回出線接至500 kV榕江變電站，線路長度約2×80 km。機組500 kV電氣主接線系統配電裝置采用HB10型屋內SF6絕緣金屬封閉開關（GIS）設備，主接線采用3/2開關接線，共有兩條送出線路和兩個主變進線間隔，發電機出口不設斷路器。采用發電機—變壓器—線路組單元接線形式，電源和出線交叉布置。靖海電廠#3、#4機組主接線如圖1所示。

500 kV系統采用GFWK-C型安穩裝置，本套安穩柜由A/B套主機柜、A/B套從機柜組成。從機柜用于監測機組變高側電氣量和機組頻率，通過聯絡光纖向主柜傳送機組實時運行狀態和頻率。主機柜監測500 kV聯絡線的電氣量，結合從柜的測量結果，根據事先經離線穩定分析制定的控制策略表聯切相應的機組。發變組保護設置兩套互為冗余的發電機保護、變壓器組保護，一套非電氣量保護，來實現發變組內部故障停機和線路故障后備保護功能。

2" " 單一出線運行線路跳閘后，安穩裝置N-2策略不聯跳發電機組

根據廣東中調下發的靖海B廠500 kV系統最新穩控裝置控制策略，“高頻保機功能”已退出，當線路發生高低頻、過載情況時或靖榕甲、乙線全跳后（出線全跳功能和線路N-2功能、高/低頻切機功能均整定為“0”）穩控裝置不會自動切除#3、#4機組，發電機甩負荷后將由發變組保護功能來實現打閘停機及解列滅磁。

在靖海B廠500 kV靖榕甲（乙）線計劃（事故）停運檢修期間，500 kV出線僅剩靖榕乙（甲）線單出線運行，系統運行薄弱，#3、#4機同時運行情況下，單根線路能滿足帶滿負荷工況。此運行方式下，若500 kV靖榕乙（甲）線因故障跳閘，#3（#4）機組將無法對外供電。

因發變組保護只設置了逆功率、主變高壓側開關聯跳等發電機甩負荷后的停機保護[2]，當單臺發電機組單一出線方式運行時，線路跳閘后主變高壓側至少有一臺開關在合閘位置，主變高壓側聯跳保護不動作，發電機帶廠用電繼續運行，這種情況下容易導致發電機組超速、汽輪機OPC保護頻繁動作、6 kV廠用電系統備用電源切換失敗等嚴重事故發生。只有依靠操作人員先手動打閘汽輪機，再手動解列滅磁來保證機組安全停運，對運行人員事故處理水平和應急能力要求較高。

3" " 發變組保護改造前靖海電廠#3、#4機組兩次單出線運行時線路跳閘典型事故過程

3.1" " 因線塔耐張絕緣子閃絡引起的雙回線路相繼跳閘事故

2020年11月8日，#3機帶450 MW負荷運行，#4機組調停；#01、#02啟備變處于運行狀態，500 kV系統運行正常。

02：21，靖榕乙線開關5021、5022重合閘保護動作，重合閘不成功，靖榕乙線跳閘。保護信息為電流差動保護，距離一段保護動作，距離加速保護動作，動作距離6.6、6.7 km，故障相別都為B相。此時500 kV系統已轉為單出線運行方式。

02：38，在NCS畫面執行同期合靖榕乙線開關5021操作過程中，靖榕甲線開關5012、5013重合閘保護動作，重合閘不成功，500 kV靖榕甲線跳閘。此時，500 kV靖榕甲乙線兩條出線線路均跳閘，發電機遮斷未動作，#3機組帶廠用電運行，汽輪機轉速上升。

02：38：47，#3機組轉速3 308 r/min，電超速保護動作，汽輪機打閘，主汽門全部關閉，汽輪機轉速下降。手動解列滅磁，廠用電快切失敗，手動分閘廠用電6 kV母線工作電源開關后再手動合閘備用電源開關完成6 kV廠用電切換。

12：50，辦理完成500 kV靖榕甲、乙線檢修工作票許可手續，工程部組織運維人員對可能引起爬電的絕緣子進行全面清抹，特別對靠近電廠側Ⅲ級和Ⅳ級污區#1塔至#35塔的玻璃絕緣子進行徹底清抹，對#15塔及#31塔玻璃絕緣子進行全面檢查（根據保護測距定位），發現有放電點。經過搶修，全線檢查靖榕甲、乙線確保完好無損后，搶修工作于11月8日19：00結束。

3.2" " 因廠區鹽霧引起絕緣子閃絡導致全廠停電事故

2021年1月23日，#3機負荷460 MW，#4機負荷530 MW，靖榕甲、乙線，500 kV系統正常運行，220 kV啟備變熱備用狀態。

01：37，500 kV靖榕乙線C相接地故障，電流差動保護、距離一段保護動作跳閘，動作距離0 km，重合閘不成功，5021、5022開關三相跳閘。

01：54，#3主變高壓側A相接地故障，主變差動保護動作，5011、5012開關跳閘，#3機主變高壓側聯跳保護動作，#3發電機組事故停運，此時#4機組單出線運行。

02：58：30，500 kV靖榕甲線B相接地故障，電流差動保護、距離一段保護動作，動作距離0 km，重合閘不成功，5012、5013開關三相跳閘，500 kV升壓站雙母失壓，#4機跳閘甩負荷400 MW。發電機遮斷未動作，汽輪機轉速上升，OPC保護動作，轉速最高3 168 r/min。

02：58：43，操作人員立即手動打閘汽輪機，再手動解列滅磁停運機組，廠用電快切成功，機組安全停運。

06：44，220 kV啟備變A相接地故障，引線差動保護動作跳閘。#3、#4柴油機啟動對#3、#4機廠用380 V系統供電正常。

4" " 對靖海電廠#3、#4機組發變組保護配置升級改造

大型汽輪發電機組蒸汽參數高、容量大、轉子轉動慣量大，當發生較大負載工況下甩負荷（如唯一運行送出線發生故障跳閘等）后，如不能及時遮斷進汽、鍋爐MFT、解列滅磁，將導致機端電壓、機組轉速急劇上升，汽水系統大幅波動，鍋爐超溫超壓等問題，甚至出現頻率振蕩過程，損害機組末級長葉片[3]。

通過雙重冗余配置機組功率突降、發電機零功率保護，當發生500 kV升壓站兩條送出線路全部跳閘的情況時，確保發變組保護動作快速正確可靠，啟動全停Ⅰ保護出口，立即打閘汽輪機遮斷進汽，鍋爐MFT，發電機解列滅磁，啟動6 kV母線廠用電快切，確保防止機組超速、廠用電中斷等嚴重事故發生。

4.1" " 發變組保護屏增設機組功率突降保護

機組正向功率突降后，短時間內汽輪機DEH、發電機勵磁調節器調節速度相對較慢，故引起機組轉速和電壓升高，由頻率突增、電壓突增和過頻元件構成啟動判據，由功率突降、電流突降、低功率和低電流元件構成動作判據。為防止在功率振蕩等復雜擾動情況下保護誤動，由正序電壓低閉鎖條件、負序電壓高閉鎖條件構成閉鎖判據[4]。保護邏輯如圖2所示。

4.2" " 發電機保護屏增設零功率保護冗余配置

零功率保護利用甩負荷后發電機電流突降、有功功率突降、電壓突增等電氣特性，由低功率元件、電流突降元件和低電流元件構成動作判據；經正序電壓元件、負序電壓元件及主汽門閉鎖構成閉鎖判據[5]。保護邏輯如圖3所示。

5" " 在運機組出線全跳后運行事故處置措施

5.1" " 優先手動打閘，遮斷汽輪機進汽，后解列滅磁

（1）發電機甩負荷，零功率保護動作，出口全停Ⅰ，聯跳汽輪機、鍋爐，按正常電氣保護動作進行事故停機操作。

（2）如零功率保護拒動而發變組頻率保護投入正常，#3、#4機組過頻保護定值分別為52.1、52.5 Hz（轉速分別對應3 126、3 150 r/min），發電機頻率達保護定值時則頻率保護動作，出口全停Ⅰ，聯跳汽輪機、鍋爐，按正常電氣保護動作進行事故停機操作。

（3）如發電機頻率保護未啟動（如機組負荷較低或者OPC正常動作時），立即確認NCS報警，確認500 kV靖榕乙（甲）線故障三相跳閘、重合不成功，輸出有功、無功、電流為0，CRT顯示發電機有功、無功突降至3 MW、3 Mvar負荷左右，確認為500 kV靖榕甲乙線故障全停后立即通過以下方式手動解列#3、#4機組：必須先硬操盤按“汽機緊急跳閘”按鈕解列汽輪機，后按“發電機出口斷路器/FMK跳閘”按鈕解列發電機，檢查FMK是否跳閘、6 kV母線是否快切（禁止手動啟動快切）、主汽門調門是否關閉、MFT是否動作，否則手動干涉，其他按正常停機操作。

5.2" " 廠用電切換失敗后現場應急處置措施

（1）如快切失敗，立即確認失電范圍，檢查380 V保安段及直流系統電壓，保證直流事故油泵、UPS系統直流電源、事故照明等重要負荷用電，同時記錄蓄電池的開始放電時間及放電電流，確保主機安全停機。

（2）檢查確認柴油發電機啟動運行正常，且向380 V保安段供電正常；恢復直流系統充電裝置正常工作，及時切換交直流負荷；并保證柴油發電機燃油供應充足。

（3）監視發電機密封油壓，如油氫壓差較低，應先降低機內氫壓，油氫壓差無法維持則盡快排氫置換，并保持汽機房通風，做好火災消防應急措施。

（4）嚴密監視直流母線電壓、保安段電源電壓和UPS的運行情況，根據情況限制相對不重要的輔機用電，以確保重要輔機系統供電正常。

（5）斷開所有停運設備開關，檢查廠用電系統是否存在明顯故障點，檢查保護動作情況；啟備變電源恢復正常后，逐步恢復6 kV、380 V廠用電系統，及時恢復公用系統，機組按熱態啟動恢復熱力系統運行。

6" " 結束語

通過完善配置機組功率突降、發電機零功率保護，對于3/2接線型式的大容量發電機組，當發生送出線路全部跳閘的情況時，將確保發變組保護可靠動作，啟動全停Ⅰ保護出口，確保不發生機組超速、鍋爐超壓、廠用電中斷等嚴重事故。同時，應提高運行人員的事故處置能力，明確手動打閘汽輪機、解列滅磁、保廠用電等處置流程，保證極端情況下機組安全停運。

[參考文獻]

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[2] 宋志明，李洪戰.電氣設備與運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3] 賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理（增訂版）[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 楊進，楊超，馬濤.功率突降保護動作分析及處理[J].新疆電力技術，2016（1）：31-35.

[5] 朱永暉.大型發電機組零功率切機保護的實踐應用[J].科學技術創新，2022（27）：160-163.

收稿日期：2023-11-22

作者簡介：包有超（1984—），男，甘肅人，工程師，研究方向：電力系統運行。

陳杰（1985—），男，廣東人，工程師，研究方向：電力系統運行。