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摘要：简述了大型汽轮发电机变压器组增加零功率保护的必要性以及在现有T60保护装置中的配置和整定，它的作用是当发电机变压器组出现非本系统保护动作跳闸与电网解列致使主变高压侧的有功突甩至零时，立即动作全停将汽轮发电机组跳闸，以防止汽轮机超速和其它设备的不安全运行。
关键词：大型发电机变压器组零功率保护
一、前言
1、大型发变组增加零功率保护的重要性
当大型发电机变压器组在高负荷运行的情况下发生因非本系统继电保护动作导致机组解列功率送出为零时，由于锅炉没有灭火、发电机没有灭磁，发电机电压会迅速升高、机组转速会上升。
2、发电机组的主接线及运行情况
引用两台630MW机组电气主接线为发变组单元接线接入升压站220kV母线为例，然后通过两条同杆架设的双回线至变电所，电厂侧有主变断路器和线路断路器，主变断路器有三对并网信号接点送至DEH，DEH系统通过三取二方式判断作为发电机是否并网的依据。当发变组保护动作跳开主变断路器时，机组解列、灭磁、关闭主汽门、启动厂用电切换。
当发变组系统无故障主变断路器异常断开时，送至DEH的三对并网信号消失，DEH判断机组已解列，启动汽机甩负荷，汽轮机维持3000转带厂用电运行。
当送出线路因故障跳开（特别是当一条线路检修，另一运行线路运行安全性较差），导致机组送出功率为零，由于主变断路器仍处于合闸状态，DEH不执行直接触发OPC动作高中压调门维持机组3000转，而是通过超速保护来回调整直到超速110%去关主汽门。这是一个很大的隐患，有可能发生汽轮发电机超速运行而损坏热力系统主设备，给机组安全稳定运行带来很大的威胁。因此，需考虑配置发变组零功率保护。
二、零功率保护原理、保护配置及逻辑说明
零功率保护是确保机组安全稳定运行的一种手段，是大型发电机组送出功率突降时防止汽轮机超速的一种保护。
1、零功率保护原理
零功率保护装置是安全稳定装置的一种，根据汽轮发电机组特别是大容量机组在高负荷情况下发生送出功率突降时，高压侧电压迅速升高、机组转速迅速上升等电气现象作为检测目标，实现发变组零功率保护功能。发变组零功率保护动作全停，迅速进行关主汽门、发电机灭磁、切换厂用电等。发变组零功率保护功能由起动判据、动作判据和闭锁判据组成。
2、零功率保护配置
增加一套零功率保护装置，需要改变交流二次回路，增加了节点同时也增加了隐患。为了提高二次回路运行的可靠性，不改变交流输入回路，利用现有的主变保护T60装置采集的数据来实现。首先对T60装置内部进行逻辑整理，增加零功率保护功能逻辑，其次再增加相关的跳闸和信号直流二次回路，动作出口全停继电器，执行跳主变断路器、关主汽门、灭磁、跳工作电源进线、启动厂用电快切。
三、零功率保护定值计算
1、技术参数（以600MW机组为例）
1.1发电机参数
型号：QFSN－600－2
额定功率：630MW
额定容量：667MVA
额定电压：20kV
额定电流：19245A
直轴同步电抗215.5％
直轴暂态电抗（非饱和值）30.1％
直轴次暂态电抗（非饱和值）22.3%
TA变比：25000A/5ATV变比：20kV/100V
1.2主变压器参数
额定容量：720MVA
额定电压：242±2×2.5％/20kV
额定电流：1718/20785A
联结组别：YN，d11
短路阻抗：17.80%
主变高压侧TA变比：2500/5A高压侧TV变比：220kV/100V
2、零功率保护的组成
由起动、动作判据，闭锁三个部分组成，“与”关系动作出口。
2.1、起动部分
1）、因主变送出功率突降时，主变高压侧电压迅速升高、机组频率迅速升高，故采用＞或＞作为起动部分。
2）当机组输出功率小于Pset.1时，即使发生主变送出功率突降，也不会对热力设备构成安全威协，因此另一起动条件为P>Pset.1，与主变高压侧电压突变量或频率突变量条件组成“与”输出关系。
为保证保护动作可靠，Pset.1元件应具有延时返回性质；同时整个起动部分也应具有延时返回特点。
2.2、判据部分由四部分组成，组成“与”关系输出。
（1）机组功率小于Pset.2判据：主变送出功率突降时，主变高压侧功率突降至某个值。
（2）主变高压侧判据：即正序电流“突降”判据。主变送出功率突降时，高压侧采用正序电流“突降”来反映。
（3）发电机侧至少两相电流小于判据：主变送出功率突降时，发电机侧三相电流降低，故采用任两相电流小于判据来反映。
（4）主变高压侧正序电压大于Uset判据：主变送出功率突降时，主变高压侧三相电压会升高且对称性不会降低。
2.3、闭锁部分
主变送出功率突降时，三相仍处对称状态，无负序电压，故可用负序电压作为闭锁判据。
3、定值计算
3.1起动部分
（1）频率突增定值（元件）
主变发生送出功率突降后，机组频率要升高；升高的数值与当时所带有功的大小几乎成正比。根据公式，在不同有功功率下正送出功率突降后的值如下：=20%、25%、30%、40%、60%、100%
=0.9、1.125、1.35、1.8、2.7、4.5Hz/s
由于机组频率上升过程中调速系统的作用，需考虑频率变化元件有较高的灵敏度，灵敏系数一般取3~4，按取4计算，当25%有功时，，故现取元件的定值为：0.28Hz/s或（1PU=1Hz），时间窗长度为1s。即在1s内，频率升高0.28Hz，元件即动作，频率升高后再降低，不影响元件的动作。
（2）电压突增定值（元件）
主变发生送出功率突降后，由于励磁系统在很短的时间内来不及反应出现瞬间调节滞后，引起主变高压侧和发电机机端正序电压突升。
参考《发电厂继电保护整定计算及其运行技术》，主变高压侧电压突变量计算如下：）
取灵敏度1.2，最小PG=25%PN，功率因数0.9则元件定值为
=0.04
=0.04×57.7=2.3V即=0.04PU（1PU=57.7V）
时间窗长度取0.2s，在该时间窗长度内，主变高压侧正序相电压升高2.3V，元件就动作。
（3）保护投用功率定值（元件）
当机组送出功率大于该定值时零功率保护投用，当机组送出功率小于该定值时，即使发生送出功率突降，对设备并不构成安全威胁。零功率保护投用功率应可靠小于调度最低出力，一般取25%PN。
即：Pset.1=25%PN=25%×630取150MW
当nTA=2500/5=500、nTA=220kV/100V=2200时，则
（1PU=57.7×5=288.5W）
延时返回时间：取0.8s
（4）起动部分时间定值（TIMER4元件）
瞬时动作时间：0秒，延时返回时间：取1.5s
3.2判据部分
（1）送出功率突降低功率定值（）
Pset.2应小于发电机的最低出力，一般取Pset.2=（8～12）%PN
对600MW机组，取Pset.2=50MW当nTA=2500/5=500、nTA=220kV/100V=2200时，则（1PU=57.7×5=288.5W）
（2）主变高压侧正序电流突降定值（）
主变高压侧功率突降为零后，电流互感器的二次电流以一定的时间常数衰减。按时送出功率突降，时间窗长度设t=0.5s，考虑动作的可靠性，取=20%IN＜元件的定值取20%IN，时间窗Δt取0.5s
＜==326A二次值为0.65A即0.65/5=0.13PU
（3）发电机侧至少两相电流低定值（）应小于正常运行时的最小负荷电流：取
（4）主变高压侧正序电压高定值（Uset）
一般可取Uset=（80～85）%UφN取Uset=85%×57.7=49V
3.3闭锁部分
负序电压整定值：按躲过不平衡电压整定。取负序动作电压为：
U2.set=6%×57.7=3.46V
3.4出口时间
时间元件（TIMER5）
延时动作：0.05s延时返回2s
3.5动作方式
零功率保护装置动作出口全停。
四、定值清单
（一）起动部分
1、元件（主变高压侧频率突升）
FLEXELEMENTS4
FunctionEnabled
FlexElementNameDF>
InputlusSRC1Frequency
InputMinusOFF
InputModeSIGNED
CompareModeDELTA
DirectionTypeOVER
Pickup0.28pu
Hysteresis0.1%
DeltaTUnitsMilliseconds
DeltaT1000
PickupDelay0.000s
ResetDelay0.000s
BlockOFF
TargetLatched
EventsEnabled
2、元件（主变高压侧正序电压突升）
FLEXELEMENTS3
FunctionEnabled
FlexElementNameDU>
InputlusSRC1V_1Mag
InputMinusOFF
InputModeSIGNED
CompareModeDELTA
DirectionTypeOVER
Pickup0.04PU
Hysteresis0.1%
DeltaTUnitsMilliseconds
DeltaT200
PickupDelay0.000s
ResetDelay0.000s
BlockOFF
TargetLatched
EventsEnabled
3、P>Pset.1元件（主变高压侧功率不低于Pset.1）
FLEXELEMENTS5
FunctionEnabled
FlexElementNameP>
InputlusSRC1P
InputMinusOFF
InputModeSIGNED
CompareModeLEVEL
DirectionTypeOVER
Pickup0.473pu
Hysteresis0.1%
DeltaTUnitsMilliseconds
DeltaT20
PickupDelay0.000s
ResetDelay0.800s
BlockOFF
TargetDisabled
EventsEnabled
4、时间元件
TIMER4瞬时动作，延时返回时间1.5s
（三）闭锁部分（主变高压侧负序电压闭锁）
FLEXELEMENTS14
FunctionEnabled
FlexElementName220U2>
InputlusSRC1V_2Mag
InputMinusOFF
InputModeSIGNED
CompareModeLEVEL
DirectionTypeOVER
Pickup0.06PU
Hysteresis0.1%
DeltaTUnitsMilliseconds
DeltaT20
PickupDelay0.000s
ResetDelay0.000s
BlockOFF
TargetDisabled
EventsEnabled
（四）出口时间
TIMER5：延时动作0.05s、延时返回2s
五、结束语
发变组保护在原有GE主变保护T60装置中增加了主变高压侧零功率保护后，既节省了投资简化了接线又完善了保护功能，实现了当发变组出现非本系统保护动作跳开高压断路器而导致突甩高负荷时，主变高压侧零功率保护动作全停，即关闭汽轮机主汽门、跳灭磁开关、灭磁、切换厂用电等一系列动作，防止了热力设备损坏和事故的发生，零功率保护发挥了十分重要的作用。
参考文献：
[1]许正亚，《发电厂继电保护整定计算及其运行技术》，北京：中国电力出版社