发电机组逆功率保护配置分析及定值整定实例

王旭

摘 要：文章介绍逆功率对火力发电机组的危害，分析常规火力发电机组的功率变化情况，并以厄瓜多尔埃斯梅拉达II期热电项目为例，详细阐述发电机逆功率保护的原理及定值整定。

关键词：逆功率；危害；逆功率保护；定值整定

中图分类号：TM61 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0054-02

Abstract： In this paper， the hazards of reverse power for thermal generator unit are introduced， the power variety of conventional thermal generator unit is analyzed， the principle and setting calculation of generator reverse power protection are illustrated by Ecuador Esmeralda II Thermoelectric Project.

Keywords： reverse power； hazard； reverse power protection； setting calculation

引言

运行中的发电机组，当由于各种原因导致原动机突然失去原动力，而发电机未能及时解列，仍与电网连接，此时发电机将过渡为电动机运行，由其带动原动机转子旋转，同时发电机由向电力系统输出有功功率（有功功率为正数）转变为从系统吸收有功功率（有功功率为负数），即逆功率。虽然此工况对发电机并无危害，但对原动机却是不利的，其危害主要表现为：对汽轮发电机组而言，高速旋转的汽轮机尾部叶片与残留蒸汽产生摩擦，从而形成鼓风损耗，最终因过热而损坏叶片，因此大容量汽轮机组不允许在这种异常状态下长期运行；对燃气轮机、柴油机机组而言，其中未燃尽物质会有爆炸和着火危险，因此该类型机组也需要配置逆功率保护。

根据《GB14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》第4.2款规定，电压在3kV及以上，容量在600MW级及以下的发电机，应对发电机逆功率运行状态装设相应的保护。

本文通过分析常规火力发电机组的功率变化情况，并以厄瓜多尔埃斯梅拉达II期热电项目为例，详细介绍发电机逆功率保护的原理及定值整定。

1 发电机功率变化

以单元制发电机组为例，其发电机与电力系统的连接方式可简化为图1（a）所示，其等值电路如图1（b）所示。

参考隐极同步发电机功-角曲线（如图2）可知，正常稳态运行时，发电机的功角（δ）介于0°至90°之间某一固定值，发电机的有功功率P为正值，即发电机向系统发送有功功率；当发电机的功角（δ）等于90°时，发电机将发出最大有功功率Pmax。当发电机失去原动力，理论上发电机的功角（δ）为0°，即发电机发出的有功功率为0；若此时发电机未能及时与电网解列，则发电机将逐步过渡到电动机运行状态，发电机的功角（δ）为负，其有功功率P为负值，发电机从系统吸收有功功率，即逆功率。

2 发电机逆功率保护配置

对于常规的火电机组，为保证原动机在逆功率工况下的安全，需根据原动机承受逆功率运行能力的强弱，装设发电机逆功率保护，并通过合理整定保护定值，以此满足规程及设备的要求。同时，为防止因电气故障电流过大导致电流互感器饱和，引起保护装置误动作，在发变组保护配置中，通常采用5P或10P保护级的电流互感器。

常规火力发电机组配置逆功率保护和程跳逆功率保护。

以南京南瑞继保电气有限公司生产的PCS-985系列发电机保护装置为例，其逆功率保护的逻辑如图3所示。保护设两段时限，第一段时限作用于信号；第二段时限作用于停机出口。

在某些保护（如过负荷、过励磁、矢磁等）动作后，需要程序跳闸时，该保护先关闭主汽门（或主油阀）；而程跳逆功率保护作为程序跳闸方式的最终执行元件，经主汽门（或主油门）接点闭锁和机组断路器位置接点闭锁，延时动作于跳闸。采取程序跳闸方式，可大幅度减小大轴在停机过程中承受的扭力，能够有效延长机组的使用寿命。南京南瑞继保电气有限公司生产的PCS-985系列发电机保护装置程跳逆功率保护逻辑如图4所示，其中“断路器位置接点”“主汽门位置接点”和“逆功率元件动作”三判据为逻辑“与”关系，程跳逆功率保护经过延时t出口。

3 发电机逆功率保护整定原则及实例

3.1 逆功率保护整定原则

3.1.1 功率元件整定原则

发电机逆功率保护功率元件可按下述原则整定：

Pop=Krel（P1+P2）

式中：Krel为可靠系数，可取0.5～0.8；P1为原动机在逆功率工况下的最小损耗，通常取额定功率的1%～4%；P2为发电机在逆功率工况下的最小损耗，通常取P2≈（1-η） Pgn，其中η为发电机效率，一般取98.6%～98.7%（分别对应300MW及600MW），Pgn为发电机额定功率。

所以，逆功率保护动作功率定值Pop一般整定为（0.5%～2%）Pgn，并应根据主汽门（或主油门）关闭时保护装置的实测逆功率值进行校核。

3.1.2 时间元件整定原则

其延时分两段：延时15s动作于信号；根据原动机允许的逆功率运行时间，可取1min～3min动作于解列。

3.2 程跳逆功率保护整定原则

3.2.1 功率元件整定原则

整定原则同逆功率保护“3.1.1 功率元件整定原则”。

3.2.2 时间元件整定原则

延时1.0s～1.5s动作于解列。

3.3 逆功率保护整定实例

厄瓜多尔埃斯梅拉达II期热电项目为12台8350kW柴油发电机组，发电机为ABB生产的AMG 1120MP12 DSE型同步发电机，配置南京南瑞继保电气有限公司生产的PCS-985G发电机保护装置。

基于《GB14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》第4.2款规定，开放PCS-985G发电机保护装置的“发电机逆功率保护”及“发电机程跳逆功率保护”，并做整定计算如下。

3.3.1 功率元件整定

参考“3.1.1 功率元件整定原则”，逆功率保护及程跳逆功率保护的功率元件定值按下式计算：

Pop=Krel（P1+P2）=0.5×（1%+2.95%）Pgn=1.975%Pgn

式中：Krel为可靠系数，取Krel=0.5；P1為原动机在逆功率工况下的最小损耗，P1=1%Pgn；P2为发电机在逆功率工况下的最小损耗，P2=（1-97.05%）Pgn=2.95%Pgn。

此处，取Pop=2%Pgn

3.3.2 时间元件整定

逆功率保护延时15s动作于信号；延时1min动作于解列。

程跳逆功率保护延时1.0s动作于解列。

经机组调试试运行阶段考核，此定值能够满足保护要求，能够有效保护该机组安全稳定运行。

4 结束语

对于常规的火力发电机组，有必要配置功能完善的发电机逆功率保护装置，通过合理整定其保护定值，从而满足相关规程及设备运行的要求，保护原动机不受到损坏，确保机组安全稳定运行。

参考文献：

[1]DL/T 684-2012.大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].

北京：中国电力出版社，2012.

[2]GB/T 14285-2006.继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京：中国电力出版社，2006.