摘 要：隨著特高壓、大電網的發展，電廠輸電系統顯著變弱，線路故障跳閘，機組發生輸出功率突然缺失。本文針對張家口電廠主接線方式，分析了機組發生輸出功率突然缺失事故的可能性及其對汽輪機調節系統、鍋爐水位、廠用電系統等安全影響進行了總結，張家口發電廠通過應用“機組零功率切機裝置”，實現了事故時能夠快速安全停機，取得良好應用效果的經驗。

　　關鍵詞：職稱等級劃分,輸電線路故障,汽輪機組,機組功率突然缺失,零功率切機,安全停機

　　1 引言

　　隨著特高壓、大電網的發展及應用，我國在電力輸送線路建設中大量采用了超高電壓等級、緊湊型線路、同桿架設、遠距離輸電、串聯補償以及中間開關站等多種新的方法和技術，極大地提高了線路的輸電容量，相對減少了輸電線路的數量，節約了線路的投資。這些新技術的應用雖然為功率的穩定輸出，系統的經濟運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，很容易造成發電廠輸出功率突然缺失。

　　時下大容量機組已成為我國火電建設發展的主流。當由于輸電線路故障發生功率突然缺失事故時，比以往小容量機組轉速飛升的更快、電壓迅速升高，汽輪機調節汽門、鍋爐水位以及廠用電系統將劇烈振蕩，此時發變組保護裝置不能反應此類事故，不能迅速動作，無法觸發機爐電大聯鎖，機組仍處于自動調節狀態。大型火電機組具有蒸汽參數高、蒸發量大、轉子慣性時間常數小，必將破壞熱力系統的水與蒸汽的工質平衡、嚴重威脅著汽輪發電機的安全運行，甚至可能導致鍋爐局部超溫爆管和爐膛滅火、廠用電設備損害、汽輪機葉片和大軸損害等嚴重后果，造成不可挽回的損失。

　　所以，對于大容量火電機組的發電廠若輸電線路相對薄弱的情況下必須另行采取對策，確保機組能夠在系統輸電線路故障、機組功率突然缺失的情況下快速安全停機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

　　張家口發電廠隸屬于大唐國際發電股份有限公司，在一、二期工程建設后，共安裝了8臺國產300MW火力發電機組，為京津唐電網骨干火力發電廠。

　　張家口電廠分別設有500kV母線和220kV母線，#1機組經升壓變接入220kV母線，4回220kV出線接入系統;2#～7#機組經升壓變接入500kV母線，3回500kV出線接入系統;220kV母線和500kV母線之間設置有一臺聯絡變壓器，具體主接線方式見圖1和圖2。

　　圖1 500kV電氣一次系統圖
 

　　圖2 220kV電氣一次系統圖

　　1.2 “電廠輸出功率突然缺失事故”可能性分析

　　張家口電廠原有運行方式以2回500kV線路和4回220kV線路接入系統，電廠出線較多且在多個輸電通道上，因此發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，電廠系統接入方式調整為：4回220kV線路全部與電網解列，1#機組經聯絡變接入500kV母線，1#～8#機組全部通過2回500kV線路接入系統，且在靠近對側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 對側張家口變電站母線故障或其他原因導致全站停電;

　　④ 系統解列保護停線未停機;

　　⑤ 500KV斷路器失靈保護動作;

　　⑥ 線路故障或異常導致雙回線相繼跳閘;

　　⑦ 控制保護等各種自動化裝置誤動作;

　　⑧ 其他原因造成的張家口發電廠與電網解列等。

　　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，汽輪機轉速迅速飛升，熱力系統劇烈振蕩擺動，廠用電系統頻率急劇變化，對機組安全帶來巨大威脅，極有可能發生設備損壞等重大安全事故，造成災難性損失。江蘇某電廠曾發生輸出功率突然缺失事故，因發變組保護不能動作，機組劇烈振蕩運行超過1分鐘，最后造成汽輪機低壓缸防爆門損壞，鍋爐爆管泄漏重大事故，損失慘重。

　　3.1 機組功率突然缺失對汽輪機的影響

　　張家口發電廠8臺機組發生功率突然缺失事故時，汽輪機的轉速迅速飛升，汽輪機超速保護必然要對超速進行保護和控制。汽輪機轉速上升時，OPC保護103%超速保護將會動作并快速動作關閉高中壓調節汽門，隨后轉速開始下降，當轉速降到2950r/min時，調節汽門重新又開啟，轉速再次上升。在此過程中，汽輪機由于處于DEH的自動調節下，極易出現轉速反復的升高和降低，甚至超速，這種轉速的反復調節和過速必將對汽輪機軸系和尾級葉片帶來安全隱患，嚴重時造成汽輪機設備損壞的重大安全事故。

　　3.2 機組功率突然缺失對鍋爐的影響

　　線路故障造成機組功率突失時，汽輪機調節氣門迅速關閉，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，導致汽水系統平衡破壞，除氧器和凝汽器液位都會出現劇烈波動。

　　鍋爐汽包水位劇烈的波動，汽包壓力的驟變誘發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節的大幅波動，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，甚至出現鍋爐滿水或干鍋現象，后果不堪設想。

　　另外，鍋爐燃燒強度的突變，燃燒極不穩定，運行人員調整不當，油槍無法快速投入的情況下很容易導致爐膛滅火，給煤系統也會受到較大的沖擊，對給煤系統的安全運行帶來影響。鍋爐燃燒強度突變還會引起爐膛負壓的大幅波動，對一、二次風系統帶來沖擊。

　　3.3 機組功率突然缺失對廠用電系統的影響

　　張家口電廠機組功率突然缺失時，汽輪機轉速迅速飛升進而轉化為反復振蕩，引起各發電機機端電壓和頻率的劇烈變化，高壓廠用變所帶廠用系統也隨之振蕩。廠用各電動機的機械均是按照額定頻率和電壓設計制造的，對電能質量有著嚴格的要求。當頻率和電壓急劇變化使所有電動機無法正常工作，極易引起各種故障，導致電動機燒毀損壞，機組不能正常安全停機，甚至出現斷油、燒瓦、大軸彎曲磨損等更嚴重后果。

　　4 機組零功率切機裝置在張家口電廠的應用

　　針對機組滿載情況下，線路出線斷開機組功率突降為零時快速安全停機的需要，結合大唐集團公司要求在線路故障時保護汽輪機的反措要求，張家口電廠經過反復調研，選用了南瑞繼保公司的RCS-985UP型“機組零功率切機裝置”。該裝置功能為：當發電機組輸出功率突降為零時，機組功率切機迅速動作保護出口全停，斷開機組出口開關、切換廠用電并對發電機滅磁，同時動作于汽機緊急跳閘保護“ETS”并啟動機爐聯鎖跳閘，確保了機組的快速穩定停機，有效的保證了熱力機械設備和廠用電動機的安全[1]。

　　張家口發電廠采用是利用機組輸出功率突降為零時的電氣特性，采集發變組有關單元電氣量來構成邏輯判據。RCS-985UP型機組零功率切機裝置由啟動判據、動作判據、閉鎖判據三個部分組成，不需要任何開關輔助接點，具有突出的優勢特點：

　　①純電氣量判據，無需輔助接點，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成綜合判據，設計合理，判據完善;

　　③多重輔助判據，可靠防止PT或CT斷線造成的裝置的誤動作行為。

　　張家口發電廠零功率切機裝置邏輯圖3所示。

　　圖3張家口發電廠機組零功率切機裝置邏輯圖

　　圖中，ΔUt1表示主變高壓側正序電壓突增量，ΔUf1表示發電機正序電壓突增量，f表示發電機頻率，Δf表示發電機頻率突增量，PG表示發電機有功功率，ΔIt1表示主變高壓側電流突降量，Ifa、Ifb和Ifc為發電機電流，Ut1和Uf1分別為主變高壓側、發電機正序電壓，Ut2和Uf2分別為主變高壓側、發電機負序電壓。

　　5 結束語

　　張家口電廠于2010年9月開始，利用各機組檢修機會，對1#～8#機組陸續增設了RCS-985UP型“機組零功率切機裝置”，至今已安全運行近1年，應用效果良好，能夠可靠避免張家口發電廠由于線路故障跳閘而引起的機組輸出功率突然缺失，進而造成汽輪機設備、鍋爐設備和電氣設備的損害安全事故，具有重要的社會效益和經濟效益。

　　參 考 文 獻

　　[1] RCS-985UP機組零功率切機裝置技術使用說明書(2011).

　　[2] 汽輪機調節原理.

　　[3] 電力系統繼電保護原理.

　　[4] 張家口發電廠電氣一次接線圖.