发电机逆功率导致汽轮机跳闸的原因分析及处理

邬青，祝学存，赵毅胜，张勇，陈立杰

(1.内蒙古乌海市电业局，内蒙古 乌海 016000;2.内蒙古华电乌达热电有限公司，内蒙古 乌海 016040)

1 汽轮机数字电液控制系统概况

某发电厂汽轮机数字电液(DEH)控制系统中采用发电机出口断路器辅助节点送出1路信号作为发电机是否并网的依据，汽轮机启动挂闸后，DEH系统处于“自动”运行状态，在汽轮发电机组并网前，DEH系统为“转速控制”方式，其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差经比例积分微分(PID)调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。在实际转速达到3000 r/min且同期条件均满足时，运行人员操作同期装置使断路器合闸，汽轮发电机组并网，同时DEH系统收到发电机并网信号，DEH系统自动转换为“阀位控制”方式。DEH系统立即增加给定值，使发电机带上初负荷避免出现逆功率。在机组已并网且机组负荷大于4%额定负荷后，运行人员投入负荷控制器，DEH系统转换为“负荷控制”方式。负荷控制方式采用PID无差调节，稳态时负荷等于设定值。

DEH系统配置硬手操盘，作为控制系统故障时控制汽轮机的后备紧急操作手段。硬手操盘是一个硬接线操作盘，硬手操盘的I/O信号通过预制电缆与DEH系统控制柜相连。硬手操盘上有4个双光柱指示表，直观地监视汽轮机各调速汽门的运行状态，8个带灯按钮可对汽轮机调速汽门进行操作及对汽轮机进行紧急停机。

2 故障现象及故障分析

2.1 故障现象

2011－10－18，某发电厂#1机组启动，机组转速达到3000r/min后定速，DEH系统处于“自动”运行状态，控制方式为“转速控制”，目标值为给定转速3000r/min。08:55:31，运行人员操作电气同期装置进行并网，发电机变压器组(以下简称发变组)220kV断路器合闸，机组并网发电，控制方式转换为“阀位控制”方式。

08:56:04，电网周波为 50.05 Hz，机组转速为3003 r/min。DEH系统操作画面中“并网”信号突然消失，DEH系统从以额定压力下总流量的“阀位控制”方式变为目标和给定值为3000 r/min的“转速控制”方式，汽轮机调速汽门开始向下关闭，发电机功率下降。运行人员在DEH系统操作画面输入增大阀门指令无效。“发变组保护B柜逆功率t1保护信号”、“发变组保护A柜逆功率t1保护信号”陆续发出。08:58:00，发电机功率降到－2.87 MW，“发变组保护B柜逆功率t2保护动作”、“发电机故障跳闸”、“发变组220 kV DL断路器跳闸”、“汽机跳闸”等信号发出，机组跳闸，与电网解列，具体如图1～图4所示。

2.2 故障分析

DEH系统在汽轮发电机组并网后，控制方式由“转速控制”方式转换为“阀位控制”方式，如图5所示。机组立即自动带初负荷，开大汽轮机调速汽门，如图6所示。在带初负荷过程中，DEH系统“并网”信号突然消失，即“解列”信号到来，DEH系统给定信号从给定阀位变为给定转速，控制方式由“阀位控制”方式转换为目标值为3000 r/min的“转速控制”方式，如图7所示。此时机组实际已并网，网上周波频率为50.05 Hz，机组转速为3003 r/min，即汽轮机实际转速一直大于目标转速，DEH系统根据转速偏差使汽轮机逐渐关小直至转速达到目标值。运行人员在DEH系统操作画面上输入增大阀门指令无效，这时没有及时利用DEH硬手操盘进行开大调速汽门的措施，导致汽轮机调速汽门阀位指令下降到23.68%，机组功率下降至－2.87 MW，致使发电机逆功率保护动作，发电机组跳闸。

2.3 故障处理

“并网”信号由电气升压站断路器辅助接点送至DEH系统继电器柜，再经继电器隔离送到DEH系统控制柜输入模件，在DEH画面显示“并网”。机组跳闸后，故障处理过程中传动“并网”回路发现，当此信号继电器动作时，继电器送DEH系统控制柜输入模件常开触点未动作，导致DEH画面无法正常显示“并网”。更换DEH系统继电器柜内的“并网”信号继电器后，传动“并网”信号显示正常，机组重新冲车并网带负荷。

图7 给定显示

3 结束语

机组启动并网后，如果网上周波频率大于50 Hz，DEH系统“并网”信号消失导致机组无法正常加负荷，在出现调速汽门向下关闭、机组功率下降的故障时，运行人员应立即在DEH系统硬手操盘上将DEH系统切换到“手动”，迅速开大汽轮机调速汽门开度。在机组稳定后，再根据机组工况在硬手操盘调整汽轮机调速汽门开度，维持机组正常带负荷需求，同时迅速联系DEH系统维护人员处理故障，在故障消除后，DEH系统切换到“自动”，DEH系统恢复正常操作。若机组启动并网后网上周波频率小于50 Hz，“并网”信号消失，则调速汽门会逐渐加大开度，造成机组升负荷过快，但不会导致发电机逆功率保护动作。这时，运行人员必须注意主汽压力调节，利用DEH硬手操盘手动改变汽轮机调速汽门开度指令，及时联系检修人员处理故障原因。

在机组检修后，启机前必须检查DEH系统接收“并网”、“油开关跳闸”等开关量信号信号是否正常，避免机组启动时因“并网”信号传送故障致使机组并网后再发生与系统解列的事故。可考虑DEH系统“并网”信号由发电机出口断路器单点传送改为电气将三相出口断路器辅助接点直接送3路信号给DEH系统，DEH系统内做“3取2”逻辑判断“并网”是否成立，以防单点故障引起保护误动而造成机组解列。

［1］陈晓宣.汽轮发电机机组并网信号的采集和使用探讨［J］.华北电力技术，2010(3):27 －29.

［2］张磊，周长龙.热工控制技术问答［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［3］金建波，董晓英，李志超.三峡水力发电厂水轮发电机组逆功率保护应用分析［J］.华电技术，2010，32(3):17 －18.