TRT发电保护系统的构成分析与改进

李苏成

（福建三钢闽光股份有限公司动力厂，福建三明 365000）

引言

高炉煤气余压透平发电机组（TRT）是高炉主要的辅助设备，它通过煤气的压力与热能使电机进行发电，不需要借助燃料即可运转，能量回收率接近30%，是一种很好的节能设施。需要依据TRT 发电保护系统的特点，设置TRT 保护系统的组成和连接方式。在当地电网发生问题时，对TRT 系统中出现的故障和电压升高等问题进行分析并提出解决思路。通过建立带有连接线的组合式跳闸发电机保护装置，解决本地网络波动对发电机组的影响，并提高TRT单元的安全稳定性。

1 TRT保护系统的特点

TRT 系统具备如下特点：受到高炉煤气不稳定的影响，会让发电的稳定性受到较大影响，发电机的功率必须适应高炉生产过程的具体条件；TRT 系统因为发电的电网容量有限，因此其发出的有功和无功功率不会受到太大影响和出现较大的变化幅度。

通过以上的特点分析，可知发电机必须依靠电网的连接，才能满足荷载的要求。TRT 系统必须要具备安全性和可靠性。但是，由于自然条件、设备和人为因素的影响，可能会发生各种错误，必须安装保护装置才能快速准确地排除故障。

2 TRT保护控制系统

控制系统及保护装置由西门子公司提供。如果透平机设备及系统出现问题，PLC 控制系统将快速切断快切阀，阀板将完全关闭，旁通阀打开并让发电机断开运行。旁通阀可以通过一定位置来调整高炉内部的压力，完成这个过程后，将高炉内压力的控制转变为减压阀的开关操作，这样就能完成一个完整的工作流程。常见的TRT 故障为：透平机的振动，动力和润滑压力过低，发电机关闭装置的触发，设备温度过高等。

3 电气保护系统

当发电机在运行过程中出现问题，那么保护系统就会动作，同时也会对系统发送故障信号，以使得透平机联锁停机。发电机在配置时，需要配置接地、过压、低电压、发电机频率等保护。当发电机或系统出现过电压或系统接地时，能发送反馈信号到保护系统，对整体发动机进行保护，以保障系统的安全。

（1）保护系统用于TRT 保护系统与变电站之间的连接和监视的设备。配备有电流速断和过电流保护，作用在连接系统的断路器上。

（2）励磁控制系统可以很好地对系统进行限定和保护，控制发电机在合理的范围内运行。这些功能包括：V/Hz 限制以防止发电机和感应负载的低频过励，强励磁和过励限制；P/Q 限制功能以防止发电机的低相位超前和损耗以及PT短路保护。

（3）微机变压器的保护和监视。配备有电流快速中断和过电流保护本体非电量保护，该电流对跳闸变压器柜的断路器起作用。

（4）低压辅助电源系统。出厂设置的电压等级为AC380/220V，集成了用电和一般照明系统。在发电站配备了主要和备用电源，主电源主要连接变压器，备用电源主要与上一级的变电站进行连接。配电系统应用总线连接的方式，可以配备自动断电系统进行保护。在配电系统工作过程中，当主电源因为某些问题出现故障不能正常运行，系统可以智能切换到备用电源，以使得整个配电网络的正常运转，保障系统的安全稳定。

4 TRT保护系统优化案例

4.1 事件经过

3 月26 日9∶29∶38∶098，4#TRT 进线柜9302 过电流保护动作跳闸，机组孤网运行；9∶29∶38∶815，机组转速3 220 r/min，发电机出口电压17 kV，机组过电压保护联锁停机；机组最大转速3 390 r/min，危急保安器动作。同时机组因0.4 kV 低压电源失电，电动蝶阀无法电动关闭，1#、2#动力油泵无法正常启动，使旁通阀动力油压低全开，导致4#高炉顶压下降至108 kPa，减风22 min。通过对现场保护报警情况及事情经过询问综合分析确定，当班人员误将4#TRT 双电源低压柜自动切换装置转至“停止”位置，导致发电机励磁装置交流失电，机组过励运行，引起进线柜过电流保护动作脱网联锁停机。确认机组无异常后，10∶10 机组重新启动，10∶22 并网发电。

4.2 原因分析

（1）当班人员误将4#TRT 双电源低压柜自动切换装置转至“停止”位置，导致发电机励磁装置交流失电，机组过励运行，引起进线柜过电流保护动作脱网联锁停机，造成4#TRT跳机。

（2）4#TRT 进线柜9302 过电流保护动作，使发电机孤网运行，导致机组转速至3 390 r/min，危急保安器动作。

（3）因0.4 kV低压电源失电，电动蝶阀无法电动关闭，1#、2#动力油泵无法正常启动，导致4#高炉顶压下降至108 kPa，减风22 min。

（4）4#TRT双电源低压柜自动切换装置“严禁触碰”标识不够明显，存在人员走动触碰或卫生清理误动的可能性。

4.3 整改措施及方案

配电保护系统应能有效应对配电系统电压电流波动对发电机的威胁。在传统保护系统的基础上，增加综合连接保护系统，用于额外的DCS 联锁停机保护。保护系统通过4XB 连入DCS 系统，达到保护目的（见图1）。

图1 改造后保护系统接线图

保护顺序为：进线柜线路保护动作信号发送至DCS 使投屏机组联锁停机，机组发出故障信号至差动保护装置MGPR-810H，差动保护装置MGPR-810H 接收到水电热工故障信号并动作于励磁灭磁及发电机并网开关动作。上述保护系统的连接，可避免发电机组因为进线柜断路器跳闸导致发电机孤网运行，且迅速切断透平机前端煤气介质；避免因发电机过电压、超转速等问题造成机组更严重的破坏及事故。

5 结论

综上所述，由于高炉煤气的工艺参数不稳定，TRT发电保护系统用来避免其出现发电不稳定的问题。通过改进TRT 保护系统并适当调整保护操作模式，可以避免因为TRT 系统工作中固有问题对高炉生产的影响。通过对保护系统的改进，可以对错误操作造成过电压等问题进行正确应对，这对于整体配电系统稳定运行具有重要的作用。