火力发电厂零功率保护整定计算方法

林长鹏，张晓亮，张宝红

(辽宁大唐国际锦州热电有限责任公司，辽宁锦州121017)

目前，很多新建电厂出线均采用“同杆并架”设计方式，节省了大量经济成本，但增加了双回线路出现故障的几率，如杆塔倒塌、双回出线线间故障等。当输电线路发生故障时，将直接导致机组与系统解列。此时如未加装安稳装置或零功率切机装置直接导致机组不能快速停机，势必对机组安全造成重大威胁。国内多个电厂曾发生输电通道突然断开而导致发电机组热力设备不同程度损坏的事件，如陕西府谷电厂600 MW机组、河北沧东电厂600 MW机组等功率缺失后未能快速稳定停机，广东某电厂6台135 MW机组功率缺失后导致孤立网系统振荡，直至瓦解［1］。因此，为了解决大型汽轮机组出现功率突降及机组过压、过频问题，应对零功率保护进行正定计算，以避免热力设备损坏。本文以南瑞继保公司RCS－985UP装置结合某厂300 MW机组火力发电机组为实例，给出整定计算方法及过程。

1 阻抗参数计算

某厂300MW机组火力发电机组设备参数如表1、表2、表3 所示。

由上述表中给出的数据得到发电机阻抗参数为

主变阻抗参数为

表1 发电机参数

表2 主变压器参数

表3 各电压等级的基准值

2 保护定值计算

2.1 保护基本参数

2.1.1 发电机额定电流计算

发电机一次额定电流为

发电机二次额定电流为

2.1.2 主变额定电流计算

主变高压侧一次额定电流为

主变高压侧二次额定电流为

2.2 起动判据的整定

2.2.1 频率突增定值的整定依据

由于发电机总转动惯量(发电机和汽轮机等)实际参数收集不到，依保护设计人员建议，按照大型火电机组惯性常数一般为M=10 s进行计算。当发电机最小功率为Pg=25%Pn时，发电机功率突降到零时的df/dt值为

考虑频率上升过程中调速器(DEH)的作用，df/dt元件应有较高的灵敏度，取灵敏系数为3，则 df/dt=0.353 Hz/s，即△Fset=0.35。

2.2.2 电压突增定值的整定依据

发电机正功率突降后，无功功率在发电机电抗和主变电抗上的电压消失，在很短时间内发电机励磁调节器来不及反应，故引起主变高压侧和发电机机端正序电压突升。

正功率突降引起主变高压侧正序电压突升ΔU1，则ΔU1的标么值为

式 中φk为 额 定 功 率 因 素 角，cosφk=0.85，tanφk=0.619。

取灵敏度为2，发电机最小功率Pg为25%Pn，则主变电压突增量Δt=0.2 s时元件定值为

发电机突增量Δt=0.2 s时元件定值为

主变高压侧正序电压突增定值整定为1.4 V，时间窗为0.2 s。发电机机端正序电压突增定值整定为0.8 V，时间窗为0.2 s。

2.2.3 正功率突降保护投入功率定值的整定依据

当机组输出功率(发电机有功功率Pg)小于Pset.1时，即使发生主变正功率突降，对热力设备并不构成安全威胁。Pset.1应小于调度最低出力(某厂调度最低出力为180 MW，即60%Pn)，Pset.1可整定为40%Pn。

2.3 动作判据

2.3.1 发电机正向低功率定值整定

正向低功率定值Pset.2应小于发电机的最低出力，同时应大于最大不平衡输出功率20%Pn。由于发电机带着厂变，Pset.2定值必须大于最大厂用电率，供热机组应考虑供热期最大厂用电率，Pset.2可取20%Pn。

2.3.2 主变高压侧正序电流突降定值整定

发电机功率突降后，正序电流的下降量变化量ΔI1为［2］

式中:Iloa为功率突降前机端TA二次的负荷电流;τ为功率突降后电流互感器二次回路衰减时间常数。

取发电机最小功率Pg=25%Pn时进行计算，则Iloa=25%Ihe，τ值与二次电缆长度、截面、电流互感器剩磁大小、铁芯有无气隙等因素有关，一般可取τ=0.2 s。当时间窗长度为0.5 s时，正序电流突降定值为

电流突降定值取ΔIset=20%IT2n=20%×0.362=0.072 4 A，时间窗Δt为0.5 s。2.3.3 发电机机端低电流定值整定

发电机机端两相电流小于Iφ．set判据。

判据描述为

构成“或”关系输出。

整定原则:Iφ．set定值应小于正常运行时最小负荷电流，大于厂变最大负荷电流;在最严重情况下，为保证该判据可靠动作，应满足

在时间窗Δt为 0.5 时，取τ=0.2 s，则Iφ．set为

取

2.4 闭锁判据

2.4.1 负序电压闭锁判据

正向功率突降时，三相处对称状态，无负序电压，因此可用负序电压作闭锁判据。当 (UF2＞U2．set)OR(UT2＞U2．set)时，闭锁正向功率突降保护。

负序电压按躲过不平衡电压整定，负序电压闭锁定值U2．set整定原则:负序电压继电器应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定，不平衡电压通过实测确定。根据整定计算导则［3］，选取为

式中Un为额定相电压二次值。

灵敏系数按主变高压侧母线两相短路校验，两相短路时短路点处负序电压最高，为0.5E。则负序电压继电器的灵敏系数为Klmd=(0.5×57.7)/4.6=6.27。

2.4.2 低电压闭锁判据

主变高压侧和发电机机端正序电压大于Uset判据。发电机正功率突降时，三相电压对称性升高不会降低，即(UT1＞Uset)＆(UF1＞Uset)。

依据计算导则［3］，取Uset=(80～85)%Un，正序电压定值取Uset=85%Un=0.85×57.74=49 V，延时定值一般整定为0.1 s。

3 结论

1)机组功率突降时会发生电压、频率突升，应选取电压、频率越限或突变作为保护起动判据。

2)为了区分机组输出功率是突降故障还是短路故障，保护应引入了负序电压、机端低电压作为闭锁判据，可防止保护误动。零功率保护在机组输出功率突降时应正确动作，可防止其它类型故障情况下误动。

3)“同杆并架”输出方式大型机组应加装零功率保护。

［1］ 乔永成．发电机零功率保护［J］．电力自动化设备，2011(5)．

［2］ 中华人民共和国国家标准化委员会．GB/T 14285－2006继电保护和安全自动装置技术规程［S］．北京:中国标准出版社，2006．

［3］ 中华人民共和国国家经济贸易委员会．DL/T 684－1999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，2000．