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断面零功率情况下大型发电机组安全控制策略分析

文档作者：杨文超1 刘爱晶1 赵伟2 龙梅3 李凤军4 文档来源： 1.北京国华电力技术研究中心有限公司2.广东国华粤电台山发电有限公司3.河北国华沧东发电有限公司 4.陕西国骅锦界能源有限公司		点击数：	更新时间： 2021年06月07日
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断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析
350
断面零功率情况下大型发电机组安全控制策略分析
杨文超1，刘爱晶1，赵 伟2，龙 梅3，李凤军4
(1.北京国华电力技术研究中心有限公司，河北 燕郊 065201;2.广东国华粤电台山发电有限公司，广东 台山 529200)
(3.河北国华沧东发电有限公司，河北 沧州061110;4.陕西国骅锦界能源有限公司，陕西 神木 719319)
摘要：由于大型发电机组输送通道的制约，存在发电厂输送断面零功率的情况。结合一起事件说
明应采用安稳装置来保证这种情况下机组和厂用电的安全，提出了采用零功率切机装置的必要
性，并介绍了装置的具体工作原理和控制策略。
关键词：断面零功率、零功率切机、大型发电机组、安全控制策略
0 引言
随着我国电力建设事业的快速发展，电源建设
取的了很大成就，据有关资料介绍，到2010 年我
国火电装机容量将达7000 亿千瓦。火电机组的快
速建设，对电网建设也起到了推动和促进作用，同
时，在电力输送通道建设中采用了紧凑型线路、同
杆架设、远距离输电、串联补偿、中间开关站等各
种技术，减少了线路数量，节约了线路走廊。这些
新技术的使用，为功率的稳定输出提供了有效的保
证，但由于输电线路的同时故障，会增加输电线路
故障的几率，造成机组无法输出功率，对机组热力
设备产生一定的危害和影响，因此，在电厂侧必须
采取对策，使几台机组在系统输送通道故障情况下
安全可靠的停机。
近几年，世界范围内的大停电事故为我国电网
的安全稳定敲响了警钟，大容量机组的突然缺失同
样会给电网造成稳定问题。电网稳定问题历来受到
电网部门的重视，而大型发电公司由于送出线路故
障而造成功率无法送出，机组突然甩负荷，过剩的
能量使发电机组加速，对机组热力系统造成冲击，
同时厂用电系统能否正确切换，对机组产生的影响
也是巨大的。如果机组保护装置动作不利，同样可
能会产生严重后果。
1 某电厂线路故障时机组跳闸事件
情况
1.1 某电厂发生的事件介绍：
某电厂3台600MW机组，发电机出口设置了断路
器，经主变压器连接至500kV系统，厂内升压站主接
线型式为3/2接线，3台机组设2个完整串，一个不
完整串，经两条同杆架设的双回线路送至对端变电
站。机组启动时，断开发电机出口断路器，由主变降
压经高压厂变至厂用段。线路侧两条线同杆架设直接
送到对端500kV变电所。主接线如图1所示。
2007年X月X日500kV系统5011、5012、5013、
5031、5032、5033开关均在合闸位置，#4 发变组检
修5021、5023开关分闸， #3 主变倒送电，机组停
运、#5 发变组及甲、乙线正常运行；
8 时41 分09 秒，甲线B 相故障，5031、5032
断路器B 相跳闸，2183ms 后5031、5032 断路器三
相跳闸；8 时43 分17 秒，乙线C 相故障，5012、
5013断路器C相跳闸，2175ms后5012、5013断路
器三相跳闸， #5 机组首出汽机跳闸，低频保护动
作跳发电机出口805开关并灭磁。送出线路甲、乙
线同杆并架，在X 号塔处先后发生甲线B相放电，
乙线C相对地放电事故。由于同杆架设的两条线不
同相，先后对地放电形成永久性故障，造成两条线
路同时跳闸，机组突然甩负荷，整个电厂输出断面
功率突然为零，500kV 升压站全站失压。
事故发生时恰只有#5 机组正常运行，未造成重大的
损失。
1.2 下面给出#5 发电机跳闸过程记录。
08：39：00：351 0PC动作（第1 次） 08：
39：00：368 恢复
08：39：00：383 0PC动作（第2 次） 08：
39：05：090 恢复
08：39：09：392 0PC动作（第3 次） 08：
09：09：403 恢复
08：39：10：977 EH 油泵A 因EH 油压低联锁
启动（EH油泵B 在运行）
08：39：10：161 0PC动作（第4 次） 08：
09：12：674 恢复
08：39：12：862 EH 油压低跳闸，汽机跳闸
08：39：20：246 汽机跳闸后联跳锅炉
断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析
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08：39：26：106 MFT
08：39：26：131 低频保护动作
08：39：27：086 主开关805 跳闸、灭磁开
关跳闸。
图1 某电厂主接线示意图
1.3 相关保护动作说明：
线路跳闸后，汽机机械部分保护OPC动作四次，
转速在动作过程中出现两个波峰，第一个波峰最大
转速为3131r/min，第二个波峰最大转速为3107
r/min。在OPC 动作后EH 油压(母管)从13.95Mpa,
逐渐下降,备用EH 油泵A联启（联锁值为11.2Mpa，
动作正确）后，EH 油压继续降低,最后在母管压力
显示11.08Mpa 时，ETS 系统EH 油压低保护动作开
关动作（设定值为9.5Mpa）,机组跳闸。
电网调度部门给出的#5 机组高频保护整定值
为51.5Hz，5s，OPC动作后，转速下降，高频保护
未动作。
汽机跳闸后，机组转速下降，达到低频保护定
值为47.2Hz 时，保护动作出口跳闸并灭磁。
由上述过程看到，在线路跳闸，机组与电网脱
离，汽机甩负荷过程中，发电机一直处于运行状态，
没有任何电气量保护动作于发电机灭磁和跳闸，发
电机完全处于被动状态，从发电机励磁系统感受到
的仍是发电机处于并网状态，但实际上已处于甩负
荷状态（发电机甩无功），电气方面只能靠励磁调
节器自身的调节功能来减磁降压。而对汽机而言，
由于机端断路器未跳闸，逻辑上判断机组仍处于并
网状态，没有保护停机，只能靠机械转速控制，也
即OPC 保护来动作，增加了运行风险。造成上述
情况的原因在于没有充分考虑输送断面零功率情
况下如何使机组安全停下来的策略。同时，机组的
突然甩负荷也会造成电网功率突然缺失，引起频率
的异常变化，为电网的安全稳定运行带来风险。
进一步分析，发电机突然甩负荷时，发电机的
端电压会突然增高。在甩负荷瞬间，发电机端电压
会升高至1.3 倍额定电压，同时发电机转速也要上
升，这就造成发电机端电压更加升高，以至达到危
及设备安全的程度。在自动励磁调节系统，快速的、
高的电压放大倍数的调节器，再加上可以逆变的励
磁系统可以在很短时间内把电压降至额定值。这次
事故，励磁调节器动作正确，也保证了未发生任何
损坏设备的事件。
从该事件过程看，电气专业应采取必要的技术
措施，防止线路断面零功率或低功率时，汽轮发电
机组的超速运行，在送出线路异常时，采取适当的
切机策略，保证机组和厂用系统的安全。对于这种
情况，国内以前有些电厂采用所谓的电气
RUNBACK策略，即线路跳闸时通过切机避免线路
过载，而现在可采用微机型安全自动装置，来实现
这种功能。零功率切机装置就是目前采用的有效装
置之一。
2 零功率切机装置原理、功能介绍
零功率切机装置也是安稳装置的一种，只是其
安装于电源侧，作为电源侧送电容量大小的判据，
动作于切机，而不参与网上功率切除的动作。下面
以上例介绍其原理和功能。
2.1 出线断面零功率切机功能
(1) 正常运行方式下，判出甲乙双回线同时故
3号发变组
乙线
5013
5012
5011
500kV I母
500kV II母
4号发变组
5023
5021
5号发变组
甲线
5033
5032
5031
50111
50112
50121
50122
50131
50132 50232
50231
50212
50211
50332
50331
50322
50321
50312
50311
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障或无故障跳闸，如果跳闸前双线功率和大于“双
线跳闸功率门槛”定值，则快切全部机组。
(2) 当甲乙双线中一回线检修时，判出另一回
线故障或无故障跳闸，如果跳闸前该线功率大于
“单线跳闸功率门槛”定值，则快切全部机组。
(3) 为了方便零功率切机功能的投退，设置硬
压板“零功率切机投入”，该压板退出，自动退出
出线断面零功率切机功能。
(4)本功能切机时不受允许切机压板控制，只
要条件满足那么就全部几台机组都切除。
（5）如果只有一台机组运行时，发生机组开关
跳闸，同样会使出线功率骤降为零，满足出线无故
障跳闸的判据，此时装置会显示“××出线跳闸”
再发出一次空跳机组开关的命令，但此时机组并非
由稳控装置跳开。而两台或更多台机组运行时，不
考虑同时发生机组跳闸的特殊情况。因此，当一台
机组运行时，若稳控装置检测到出线跳闸发出切机
命令，首先需要确定在收到稳控装置发来的跳闸命
令前，机组开关是否已经跳开，如果有则不是线路
发生故障导致切机，要检查厂内导致机组开关跳开
的其他原因。
2.2 出线过载切机功能
(1) 正常运行方式下，双回线中一回线跳闸，
可导致另一回线过载。每回线的过载设置了3轮，
每轮都有独立的投退控制字、过载电流定值、延时
定值和本轮动作要切机台数。
(2) 双回线正常运行及检修方式下自动退出过
载切机功能。
(3) 为方便过载切机功能的总投退，设置硬压
板“过载切机投入”，该压板退出，自动退出两回
线的过载判别。
(4) 当线路过载条件满足后需要切除机组的原
则是：在投入了“允许切机压板”的投运机组中选
择功率大的机组切除。
在两种切机功能中，线路运行方式都以“线路
检修压板”状态为准，也即此硬压板控制功能的投
退。
3 工程应用
某发电公司采用上述原理和功能的断面零功
率切机装置后，碰到了一次两条送出线路同时故障
而造成的停机事件，由于装置的正确动作，由电气
保护动作启动热工保护停机停炉。虽然发生了全厂
停电事故，但没有发生任何重大设备损坏，安稳装
置发挥了巨大作用。
断面零功率切机装置的结构通常由一套主机、
一套（或几套）从机构成，每一从机负责36 路模
拟量采样、开入量采样、计算、进行线路、主变、
发电机的运行方式、故障判断，将结果上送给主机；
主机负责收集从机的判断结果，接收其它站的信
息，进行综合处理和控制，负责对外的通信。
下面给出某厂（4 台机组）零功率切机装置的
定值和动作报告。
表1 零功率切机装置的定值
主机定值
序号 定值名称 数值 序号 定值名称 数值
1 双线跳闸功率门槛 90MW 14 I线过载三轮N1 0台
2 单线跳闸功率门槛 90MW 15 II线过载一轮投 1
3 I线过载一轮投 1 16 II线过载一轮I1 2463A
4 I线过载一轮I1 2463A 17 II线过载一轮T1 0.25S
5 I线过载一轮T1 0.25S 18 II线过载一轮N1 1台
6 I线过载一轮N1 1台 19 II线过载二轮投 1
7 I线过载二轮投 1 20 II线过载二轮I1 2069A
8 I线过载二轮I1 2069A 21 II线过载二轮T1 0.5S
9 I线过载二轮T1 0.5S 22 II线过载二轮N1 1台
10 I线过载二轮N1 1台 23 II线过载三轮投 0
11 I线过载三轮投 0 24 II线过载三轮I1 1200A
12 I线过载三轮I1 1200A 25 II线过载三轮T1 9S
13 I线过载三轮T1 9S 26 II线过载三轮N1 0台
断面零功能情况下大型发电机组安全控制策略分析
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表2 零功率切机装置的定值
从机定值
序号 定值名称 数值 序号 定值名称 数值
1 I线接入类型 1 19 II线电流起动 160A
2 I线额定线电压 500kV 20 II线功率起动 80MW
3 I线额定线电流 3200A 21 II线调闸前功率 120MW
4 I线HWJ接入 0 22 II线调闸后功率 36MW
5 I线投运电流 261A 23 II线重合时间 700MS
6 I线投运功率 100MW 24 II线无故跳时间 110MS
7 I线电流起动 160A 25 #1 机组额定线电压 500kV
8 I线功率起动 80MW 26 #1 机组额定线电流 1250A
9 I线调闸前功率 120MW 27 #1 机组投运功率 100MW
10 I线调闸后功率 36MW 28 #2 机组额定线电压 500kV
11 I线重合时间 700MS 29 #2 机组额定线电流 1250A
12 I线无故跳时间 180MS 30 #2 机组投运功率 100MW
13 II线接入类型 1 31 #3 机组额定线电压 500kV
14 II线额定线电压 500kV 32 #3 机组额定线电流 1250A
15 II线额定线电流 3200A 33 #3 机组投运功率 100MW
16 II线HWJ 接入 0 34 #4 机组额定线电压 500kV
17 II线投运电流 261A 35 #4 机组额定线电流 1250A
18 II线投运功率 100MW 36 #4 机组投运功率 100MW
表3 动作报告
启动前200MS主机模拟量数据
I线功率 302MW I线电流 339A
II线功率 302MW II线电流 335A
#1 机组功率 303MW #2 机组功率 307MW
序号 动作相对时间 动作元件
1 285MS I、II双线跳闸
2 285MS 发切#1 机指令
3 285MS 发切#2 机指令
4 290MS 切#1机动作出口
5 290MS 切#2机动作出口
起动后变位报告
序号 相对时间 动作名称及变位 序号 相对时间 动作名称
1 27MS I线突变起动1→0 6 90MS #2 机组投运1→0
2 27MS II线突变起动1→0 7 214MS II线投运1→0
3 79MS I线突变起动0→1 8 284MS I线投运1→0
4 79MS II线突变起动0→1 9 287MS I线突变起动1→0
5 89MS #1 机组投运1→0 10 287MS II线突变起动1→0
11 213MS II线无故障跳0→1 13 5232MS I线无故障跳1→0
12 283MS I线无故障跳0→1 14 5232MS II线无故障跳1→0
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4 结束语
由于电网建设的相对滞后，采用同杆架设和紧
凑型线路技术，造成线路故障的几率增大，会造成
电厂送出功率断面为零的情况，对热力设备和电厂
安全产生威胁，电源侧的安全稳定装置采用合适的
安全策略，可发挥可靠的作用。零功率切机装置的
采用，可避免电源重大设备事故的发生，必将产生
积极的效果，适于在电源侧推广使用。
杨文超（1965、11-），毕业于天津大学，高级工程师，
长期从事发电公司电气专业技术研究和技术管理工作
(上接336 页)
Discussion on the Resolution about the Three DC Systems Coordinated Control
of Jingshajiang Phase I Power Transmission Project
Ma Jinxia Ma Yiqing Yan Jun
(Central Southern China Electric Power Design Institute, HuBei WuHan 430071)
Abstract: According to the central China power grid and national power grid planning in 2018, the Jinshajiang power transmission
system unipolar or bipolar DC fault would cause system instablility and to prevent system breakdown must trip a great many of
generating capacity in the sending end of the DC systems. This paper proposed an approach based on DC systems coordinated
control to reduce the tripped generating capacity, which emergency runs up the parallel DC system transmission capacity while one
of the DC systems faulted. And according to the Jinshajiang power transmission project construction program, which the three DC
system use a shared earth pole, this paper presents an initial implementation of the three DC systems coordinated control.
Key words: DC; coordinated control; condition; implementation

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