大机组群机网协调保护理论研究

大机组群机网协调保护理论研究

陈西颖 马世英
中国电力科学研究院,北京海淀清河小营东路15号 100192
摘要:本文以重大项目研究为依托，对国内外机网协调运行过程中发生的典型事故案例进行详细分析，客观总结国内外机网协调保护运行与管理过程中存在的问题，首次系统提出机网协调保护理论体系。根据研究结论，给出机网协调保护理论中高频保护的参数配置原理，并分析其对电力系统影响，对我国大型互联电网与大机组协调运行中机组涉网保护参数配置工作有一定借鉴作用。
关键词：机网协调 高频保护 超速保护
前言
    历史上发生的多次大停电事故显示，电网运行在发生较大的故障波动期间，电厂与电网之间的协调配合是保证系统安全稳定运行的关键因素之一。尤其体现在发电机涉网保护（如发电机定子过电压保护、发电机定子低电压保护、发电机低频率保护、发电机高频率保护、发电机失步保护、发电机失磁保护）和自动装置（自动励磁调节器、电力系统稳定器、稳定控制装置、自动发电控制装置）等方面。大停电事故显示，国外在发电机涉网保护与电网运行协调控制技术方面不够重视。为了保证机网协调，提高电厂和电网共同的抵御风险的能力，使电网在大扰动下尽可能维持正常运行，加强发电厂涉网保护及电网运行协调控制技术研究非常必要。
    本文系统梳理发电机涉网保护理论，总结国内外发电机涉网保护相关典型案例，调研收集宁夏机组涉网保护配置，结合宁夏电网结构和大规模火电送出的特点，进行涉网保护参数的配置和优化研究。以±660直流送端系统大机组群机网协调技术项目研究，
1 国内外研究情况
    机网协调是指发电机的各种保护如失磁保护、失步保护、过电压保护、低电压保护等可以适应电网运行方式的变化，并且能与自动装置达到最佳配合，从而保证电网的安全稳定。国外机网协调方面的研究报导较少，国内早期由于厂网没有分开，所以这个问题没有突显并得到重视。
    近几年来，由于电压不稳、频率波动等因素而引起电网瓦解的事故在国内外一些大电网中多次发生，随着机组容量的不断扩大，大型发电机组的继电保护对于快速排除机组故障、保证系统稳定运行的影响也越来越大。为了进一步保证系统的安全、减小故障破坏范围、尽可能避免不必要的故障停机，要求大型发电机组的自动装置能在异常工作情况下能进行自动调整，防止保护的拒动和误动。国家电网公司出台《电网十八项反事故措施》中规定200MW及以上并网机组的高频率、低频率保护，过电压、低电压保护，过激磁保护，失磁保护，失步保护，阻抗保护及振荡解列装置、发电机励磁系统（包括PSS）等设备（保护）定值必须经有关调度部门审定。其中机组低频率保护的定值应低于系统低频减载的最低一级定值，机组低电压保护定值应低于系统(或所在地区)低压减载的最低一级定值。
2 高频(含OPC)保护原理
    传统的大机组保护装置有发电机差动保护、发电机匝间保护、定子接地保护、转子接地保护、负序过负荷保护、失磁保护、失步保护等。本文关注的涉及机网协调的发电机高频率保护。分析机组涉网保护的理论和定值，研究其在电网动态过程中的动作行为，从保证电网安全稳定的角度找出配合关系，并进行机组涉网保护定值优化研究。
    大多数发电机允许长期运行的频率范围是48.5Hz~50.5Hz。但是发电机频率异常保护一般不包括高频保护，因为：（1）机组的调速系统及汽机保护所允许的汽机超速范围比较小，频率升高危险的机率不大；（2）频率升高大多数在轻负荷或空载情况下发生，此时汽机叶片和拉金所受的压力要比低频时小很多；（3）在系统中的有功功率过剩时，通过各机组的调速装置或功率调节系统以及必要的切除部分机组等措施，都能使电压恢复正常。但在某些情况下，在线路检修其他线路故障时，由于发电机的轻载造成高频，则必须装设发电机高频保护，或是并列运行的大型水轮发电机甩负荷超速引起的频率升高时，也需要设置高频保护。因此发电机的高频率保护分为两种：一种为由汽机电调系统（即DEH系统）进行判断，关闭高、中压调节汽门的指令，使汽轮机迅速减负荷，使电网频率下降的OPC保护，这种保护不跳开机组；另一种为继电保护装置所提供发电机高频保护，当频率高于一定值后，将进行切机来降低电网频率。
    超速保护控制系统（Over Speed Protection Controller，OPC）是一种有效抑制发电机组超速的保护控制，其作用在汽轮机出现超速达到某一定值时，OPC动作是按照既定的逻辑关闭调节汽门，防止转速进一步升高。随着单机容量的增大，蒸汽做功能力和转子转动惯量的差距越来越大，机组甩负荷后，仅靠调节系统的转速反馈而将汽门关闭已难以满足使机组转速飞升不致跳闸的要求。OPC能在转子超速时迅速抢断调节系统的控制权，强行将调节汽门短时关闭，经过一定的延时，转速控制再交给调节系统，因此可以有效地抑制机组超速。超速保护控制OPC是否动作与电网的运行状态密切相关，OPC动作后又会对系统的稳定性产生影响。超速保护控制（OPC）是发电厂汽轮机调速系统中的一个重要的功能模块。一方面，它可以抑制汽轮发电机组超速，防止危急保安器动作导致切除汽轮机，从而缩短机组重新并网的时间。另一方面，它对电力系统的安全稳定运行会产生影响。大型汽轮发电机运行中允许其频率变化的范围为48.5～50.5Hz，低于48.5Hz时，累计运行时间和每次持续运行时间达到定值，保护动作于信号或跳闸。
3 高频(含OPC)保护对系统的影响
    对于高频率工况，汽轮机或水轮机已有超速保护，在整定定值上高频率保护是汽轮机或水轮机超速保护的后备保护。对于低频率工况，汽轮机或水轮机无相关保护配置，应从电气上对其进行保护。频率异常指机组并网带负荷状态的频率工况，带载后的频率异常一般发生于电网瓦解成孤岛情况下，当机组输出功率小于或大于电网负载时，频率降低或升高，如果在电网频率已经降低的情况下再切掉机组将导致电网频率更低，因此从保护电网的角度宜将低频率保护投信号或保护延时的取值与系统安全相配合。对高于额定频率带负载运行的100MW及以上汽轮发电机或水轮发电机，应装设高频率保护。保护动作于解列灭磁或程序跳闸。
    GB7064-2008《汽轮发电机通用技术条件》中规定发电机在额定功率因数，电压变化范围为±5%和频率变化范围为±2%时应能连续输出额定功率。当频率变化在-5%--3%时应限制输出功率、时间和次数。如果发电机频率保护投入跳闸，则门槛设为-95%，带一定短延时对发电机来说相对安全。目前，电网原则上要求发电机频率异常保护投信号，如果投解列机组则动作定值不高于47.5Hz、相应动作时限应不低于20s，或动作定值不高于47.0Hz、动作时限不低于5s，目的是和大区联网后系统低频减载方案相配合。

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

(04)94-2011年5月4日陈西颖——大机组群机网协调保护理论研究.doc (380.5 KB, 下载次数: 9)

2012-1-19 11:18 上传

点击文件名下载附件
下载积分: 金币 -2 ￥