摘 要：隨著特高壓、大電網(wǎng)的發(fā)展，電廠輸電系統(tǒng)顯著變?nèi)酰�線路故障跳閘，機(jī)組發(fā)生輸出功率突然缺失。本文針對張家口電廠主接線方式，分析了機(jī)組發(fā)生輸出功率突然缺失事故的可能性及其對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、鍋爐水位、廠用電系統(tǒng)等安全影響進(jìn)行了總結(jié)，張家口發(fā)電廠通過應(yīng)用“機(jī)組零功率切機(jī)裝置”，實(shí)現(xiàn)了事故時能夠快速安全停機(jī)，取得良好應(yīng)用效果的經(jīng)驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞：職稱等級劃分,輸電線路故障,汽輪機(jī)組,機(jī)組功率突然缺失,零功率切機(jī),安全停機(jī)

　　1 引言

　　隨著特高壓、大電網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用，我國在電力輸送線路建設(shè)中大量采用了超高電壓等級、緊湊型線路、同桿架設(shè)、遠(yuǎn)距離輸電、串聯(lián)補(bǔ)償以及中間開關(guān)站等多種新的方法和技術(shù)，極大地提高了線路的輸電容量，相對減少了輸電線路的數(shù)量，節(jié)約了線路的投資。這些新技術(shù)的應(yīng)用雖然為功率的穩(wěn)定輸出，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有效的保證，但由于電廠輸電線路的相對減少，大大增加了輸電線路同時故障概率，很容易造成發(fā)電廠輸出功率突然缺失。

　　時下大容量機(jī)組已成為我國火電建設(shè)發(fā)展的主流。當(dāng)由于輸電線路故障發(fā)生功率突然缺失事故時，比以往小容量機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升的更快、電壓迅速升高，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門、鍋爐水位以及廠用電系統(tǒng)將劇烈振蕩，此時發(fā)變組保護(hù)裝置不能反應(yīng)此類事故，不能迅速動作，無法觸發(fā)機(jī)爐電大聯(lián)鎖，機(jī)組仍處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。大型火電機(jī)組具有蒸汽參數(shù)高、蒸發(fā)量大、轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)小，必將破壞熱力系統(tǒng)的水與蒸汽的工質(zhì)平衡、嚴(yán)重威脅著汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，甚至可能導(dǎo)致鍋爐局部超溫爆管和爐膛滅火、廠用電設(shè)備損害、汽輪機(jī)葉片和大軸損害等嚴(yán)重后果，造成不可挽回的損失。

　　所以，對于大容量火電機(jī)組的發(fā)電廠若輸電線路相對薄弱的情況下必須另行采取對策，確保機(jī)組能夠在系統(tǒng)輸電線路故障、機(jī)組功率突然缺失的情況下快速安全停機(jī)是迫在眉睫需要解決的問題。

　　2 張家口電廠主接線分析

　　1.1 張家口電廠主接線方式

　　張家口發(fā)電廠隸屬于大唐國際發(fā)電股份有限公司，在一、二期工程建設(shè)后，共安裝了8臺國產(chǎn)300MW火力發(fā)電機(jī)組，為京津唐電網(wǎng)骨干火力發(fā)電廠。

　　張家口電廠分別設(shè)有500kV母線和220kV母線，#1機(jī)組經(jīng)升壓變接入220kV母線，4回220kV出線接入系統(tǒng);2#～7#機(jī)組經(jīng)升壓變接入500kV母線，3回500kV出線接入系統(tǒng);220kV母線和500kV母線之間設(shè)置有一臺聯(lián)絡(luò)變壓器，具體主接線方式見圖1和圖2。

　　圖1 500kV電氣一次系統(tǒng)圖
 

　　圖2 220kV電氣一次系統(tǒng)圖

　　1.2 “電廠輸出功率突然缺失事故”可能性分析

　　張家口電廠原有運(yùn)行方式以2回500kV線路和4回220kV線路接入系統(tǒng)，電廠出線較多且在多個輸電通道上，因此發(fā)生整個電廠輸出功率突然缺失事故概率極小，可不予考慮。

　　后因多方面原因，電廠系統(tǒng)接入方式調(diào)整為：4回220kV線路全部與電網(wǎng)解列，1#機(jī)組經(jīng)聯(lián)絡(luò)變接入500kV母線，1#～8#機(jī)組全部通過2回500kV線路接入系統(tǒng)，且在靠近對側(cè)變電站部分為同桿并架線路，長度超過10km。該種主接線方式容易因各種原因發(fā)生電廠輸出功率突然缺失事故，需引起重視。

　　具體原因分析主要有以下幾方面：

　　① 同桿并架雙回線線間故障或異常;

　　② 同桿并架雙回線桿塔故障;

　　③ 對側(cè)張家口變電站母線故障或其他原因?qū)е氯�站停�?

　　④ 系統(tǒng)解列保護(hù)停線未停機(jī);

　　⑤ 500KV斷路器失靈保護(hù)動作;

　　⑥ 線路故障或異常導(dǎo)致雙回線相繼跳閘;

　　⑦ 控制保護(hù)等各種自動化裝置誤動作;

　　⑧ 其他原因造成的張家口發(fā)電廠與電網(wǎng)解列等。

　　3 輸出功率突然缺失事故對張家口電廠的影響

　　張家口發(fā)電廠沙南一、二線由于某種原因相繼跳閘后，整個電廠全部失電，8臺機(jī)組輸出功率突然缺失，輸出的電功率從滿載瞬間降至零，功率平衡瞬間破壞，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速迅速飛升，熱力系統(tǒng)劇烈振蕩擺動，廠用電系統(tǒng)頻率急劇變化，對機(jī)組安全帶來巨大威脅，極有可能發(fā)生設(shè)備損壞等重大安全事故，造成災(zāi)難性損失。江蘇某電廠曾發(fā)生輸出功率突然缺失事故，因發(fā)變組保護(hù)不能動作，機(jī)組劇烈振蕩運(yùn)行超過1分鐘，最后造成汽輪機(jī)低壓缸防爆門損壞，鍋爐爆管泄漏重大事故，損失慘重。

　　3.1 機(jī)組功率突然缺失對汽輪機(jī)的影響

　　張家口發(fā)電廠8臺機(jī)組發(fā)生功率突然缺失事故時，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速飛升，汽輪機(jī)超速保護(hù)必然要對超速進(jìn)行保護(hù)和控制。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升時，OPC保護(hù)103%超速保護(hù)將會動作并快速動作關(guān)閉高中壓調(diào)節(jié)汽門，隨后轉(zhuǎn)速開始下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到2950r/min時，調(diào)節(jié)汽門重新又開啟，轉(zhuǎn)速再次上升。在此過程中，汽輪機(jī)由于處于DEH的自動調(diào)節(jié)下，極易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速反復(fù)的升高和降低，甚至超速，這種轉(zhuǎn)速的反復(fù)調(diào)節(jié)和過速必將對汽輪機(jī)軸系和尾級葉片帶來安全隱患，嚴(yán)重時造成汽輪機(jī)設(shè)備損壞的重大安全事故。

　　3.2 機(jī)組功率突然缺失對鍋爐的影響

　　線路故障造成機(jī)組功率突失時，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣門迅速關(guān)閉，必將引起鍋爐過熱蒸汽壓力快速升高甚至失控，如果過熱器、再熱器安全閥動作，蒸汽大量排空流失，導(dǎo)致汽水系統(tǒng)平衡破壞，除氧器和凝汽器液位都會出現(xiàn)劇烈波動。

　　鍋爐汽包水位劇烈的波動，汽包壓力的驟變誘發(fā)的虛假水位和蒸汽流量信號的劇烈變化會引起三沖量水位調(diào)節(jié)的大幅波動，影響水冷壁安全和汽液分離器(汽包爐)的正常工作，即便運(yùn)行人員解除自動手動操作也會因虛假水位而在誤判斷，甚至出現(xiàn)鍋爐滿水或干鍋現(xiàn)象，后果不堪設(shè)想。

　　另外，鍋爐燃燒強(qiáng)度的突變，燃燒極不穩(wěn)定，運(yùn)行人員調(diào)整不當(dāng)，油槍無法快速投入的情況下很容易導(dǎo)致爐膛滅火，給煤系統(tǒng)也會受到較大的沖擊，對給煤系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來影響。鍋爐燃燒強(qiáng)度突變還會引起爐膛負(fù)壓的大幅波動，對一、二次風(fēng)系統(tǒng)帶來沖擊。

　　3.3 機(jī)組功率突然缺失對廠用電系統(tǒng)的影響

　　張家口電廠機(jī)組功率突然缺失時，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速迅速飛升進(jìn)而轉(zhuǎn)化為反復(fù)振蕩，引起各發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和頻率的劇烈變化，高壓廠用變所帶廠用系統(tǒng)也隨之振蕩。廠用各電動機(jī)的機(jī)械均是按照額定頻率和電壓設(shè)計制造的，對電能質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求。當(dāng)頻率和電壓急劇變化使所有電動機(jī)無法正常工作，極易引起各種故障，導(dǎo)致電動機(jī)燒毀損壞，機(jī)組不能正常安全停機(jī)，甚至出現(xiàn)斷油、燒瓦、大軸彎曲磨損等更嚴(yán)重后果。

　　4 機(jī)組零功率切機(jī)裝置在張家口電廠的應(yīng)用

　　針對機(jī)組滿載情況下，線路出線斷開機(jī)組功率突降為零時快速安全停機(jī)的需要，結(jié)合大唐集團(tuán)公司要求在線路故障時保護(hù)汽輪機(jī)的反措要求，張家口電廠經(jīng)過反復(fù)調(diào)研，選用了南瑞繼保公司的RCS-985UP型“機(jī)組零功率切機(jī)裝置”。該裝置功能為：當(dāng)發(fā)電機(jī)組輸出功率突降為零時，機(jī)組功率切機(jī)迅速動作保護(hù)出口全停，斷開機(jī)組出口開關(guān)、切換廠用電并對發(fā)電機(jī)滅磁，同時動作于汽機(jī)緊急跳閘保護(hù)“ETS”并啟動機(jī)爐聯(lián)鎖跳閘，確保了機(jī)組的快速穩(wěn)定停機(jī)，有效的保證了熱力機(jī)械設(shè)備和廠用電動機(jī)的安全[1]。

　　張家口發(fā)電廠采用是利用機(jī)組輸出功率突降為零時的電氣特性，采集發(fā)變組有關(guān)單元電氣量來構(gòu)成邏輯判據(jù)。RCS-985UP型機(jī)組零功率切機(jī)裝置由啟動判據(jù)、動作判據(jù)、閉鎖判據(jù)三個部分組成，不需要任何開關(guān)輔助接點(diǎn)，具有突出的優(yōu)勢特點(diǎn)：

　　①純電氣量判據(jù)，無需輔助接點(diǎn)，提高了動作的可靠性;

　　②采用功率、頻率、電壓、電流等電氣量的相量和突變量構(gòu)成綜合判據(jù)，設(shè)計合理，判據(jù)完善;

　　③多重輔助判據(jù)，可靠防止PT或CT斷線造成的裝置的誤動作行為。

　　張家口發(fā)電廠零功率切機(jī)裝置邏輯圖3所示。

　　圖3張家口發(fā)電廠機(jī)組零功率切機(jī)裝置邏輯圖

　　圖中，ΔUt1表示主變高壓側(cè)正序電壓突增量，ΔUf1表示發(fā)電機(jī)正序電壓突增量，f表示發(fā)電機(jī)頻率，Δf表示發(fā)電機(jī)頻率突增量，PG表示發(fā)電機(jī)有功功率，ΔIt1表示主變高壓側(cè)電流突降量，Ifa、Ifb和Ifc為發(fā)電機(jī)電流，Ut1和Uf1分別為主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)正序電壓，Ut2和Uf2分別為主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)負(fù)序電壓。

　　5 結(jié)束語

　　張家口電廠于2010年9月開始，利用各機(jī)組檢修機(jī)會，對1#～8#機(jī)組陸續(xù)增設(shè)了RCS-985UP型“機(jī)組零功率切機(jī)裝置”，至今已安全運(yùn)行近1年，應(yīng)用效果良好，能夠可靠避免張家口發(fā)電廠由于線路故障跳閘而引起的機(jī)組輸出功率突然缺失，進(jìn)而造成汽輪機(jī)設(shè)備、鍋爐設(shè)備和電氣設(shè)備的損害安全事故，具有重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] RCS-985UP機(jī)組零功率切機(jī)裝置技術(shù)使用說明書(2011).

　　[2] 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理.

　　[3] 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.

　　[4] 張家口發(fā)電廠電氣一次接線圖.