某600MW汽轮发电机组停机时逆功率保护拒动原因分析及防范措施
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某600MW发电机组停机时逆功率保护拒动原因分析及防范措施
一、事件过程
某发电厂1台600MW发电机组多次出现停机过程中汽轮机主汽门关闭后逆功率未能正确动作跳开发电机出口断路器，某次该机组在汽轮机主汽门关闭后长达2min多的时间内未能联跳，这已经接近600MW发电机组所允许的最长逆功率时间。
二、原因分析
该发电厂发变组保护采用G60系列保护装置。由事后的事件记录可以看出，G60-I，G60-II均收到了关闭主汽门信号，但此后长达2min多的时间里，逆功率元件反复启动、返回，始终没能达到控制逻辑所设置的关闭主汽门信号与逆功率同时存在1000ms的要求，所以发电机逆功率保护没有出口跳闸。最后，运行人员通过手动紧急停机方式断开了发电机出口断路器。
通过调出同一时刻PMU数据，发现主汽门关闭后，发电机功率一直持续为-7.0～-8.0MW（保护定值为-6.6MW）。鉴于PMU采样精度为0.2级，而保护用电压互感器为3P级，电流互感器为5P级，在最不理想的情况下，可能保护装置上采到的功率为-6.6MW以下，处于临界状态，所以保护的逆功率元件出现了频繁的启动、返回现象。
三、导则回顾
根据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》（DL/T 684-2012）,300MW及以上发电机逆功率运行时，在P-Q平面上，如图6.1所示，设反向有功功率的最小值为Pmin=OA。逆功率保护的动作特性用一条平行于Q轴的直线1表示，其动作判据为：
opPP
式中：
P—发电机有功功率，输出有功功率为正，输入有功功率为负； Pop—逆功率继电器的动作功率。
a）动作功率。动作功率Pop的计算公式为：
12()oprelPKPP
式中：
Krel—可靠系数，取0.5～0.8；
P1—汽轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的1%～4%；
P2—发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般取P2=（1-η）Pgn，η为发电机效率，一般取98.6%～98.7%（分别对应300MW及600MW），Pgn为发电机额定功率。
图1 逆功率继电器动作特性曲线
所以，逆功率保护动作功率定值Pop一般整定为（0.5%～2%）Pgn，同时，应根据主汽门关闭时保护装置的实测逆功率值进行校核。
b）动作时限。经主汽门触点时，延时1.0s～1.5s动作于解列，不经主汽门触点时，延时15s动作于信号；根据汽轮机允许的逆功率运行时间，动作于解列时一般取1min～3min。
四、拒动原因分析
据统计，逆功率保护是大中型发电机保护中动作次数最多的保护之一。但从目前的运行情况看，该保护的可靠性还不够理想，时有拒动现象发生。可能导致逆功率保护拒动的原因如下：
1、主汽门关闭不严 若主汽门关闭不严、有泄漏，发电机变为电动机运行后，从电网吸取有功功率稳态值将减小，可能导致逆功率保护拒动。
2、电流有效值误差和相角误差
逆功率继电器对电流回路的要求很高，要能测出数值很小（1%额定电流左右）的电流，而有的继电保护装置内逆功率保护与其他各保护共用相电流变换器。为了满足各保护所能反应的电流范围，保证在大的短路电流下的测量精度，该变换器的线性范围一般较大，在电流小于0.06In时，已不在线性变换区，所以测量精度较低。此外，在发电机所带无功较大时，很小甚至零点几度的相角误差也会造成有功功率测量的很大偏差。
3、逆功率继电器动作功率角度特性不理想
实际生产的逆功率继电器动作功率的角度特性不理想，在电流落后于机端电压大于90°而接近90°时，动作功率迅速变大，而发电机在全负荷运行并带有一定无功情况时，突然跳机后关闭主汽门时正在此工况运行（如300MW机组发电机带有P=300MW、Q=100～180MVA，突然跳机后关闭主汽门，此时P由300MW降至－3.6～－6MW，Q由100-180MVA降至60～100MVA，此时对应最不利的功率因数角97°）。这时逆功率保护特性较差，于是程跳逆功率保护可能拒动作。
4、逆功率继电器的动作功率整定值偏大
该整定值偏大也可能造成逆功率保护拒动，本案例中逆功率保护拒动就是由于逆功率继电器测量功率在动作功率的边界，所以该保护频繁启动、返回。
5、主汽门关闭辅助触点故障
程序跳闸逆功率保护受主汽门关闭的辅助触点控制，即只有检测到主汽门关闭的开入后，才开放程序逆功率保护。此触点的状态会影响到程序跳闸逆功率保护的动作行为，运行中已多次出现主汽门关闭的辅助触点或“与”门的中间继电器触点因安装不良、受外物碰撞或触点老化失效等原因不能接通，造成程序跳闸逆功率保护拒动，只能依靠动作时间很长的逆功率保护跳闸。
五、防范措施
可从如下几个方面采取措施防止逆功率保护拒动：
1）选择动作特性适合于实际运行条件的逆功率继电器，在Ug超前于Ig 97°～110°时，逆功率继电器应保持动作功率接近不变的动作功率整定值；
2）根据主汽门全关闭时实测逆功率值进行整定计算，可参考以下公式：
310mopsenTATVPPKnn
式中 Pop—三相动作逆功率定值（W）；Pm—实测三相逆功率值（KW）；Ksen—灵敏系数，一般取1.5-2；nTA—发电机电流互感器变比；nTV—发电机电压互感器变比。
3）保护装置内配置逆功率专用TA
在保护装置的硬件方面，增加高精度的逆功率专用TA，专用TA与普通TA根据电流大小在保护装置内部自适应实现自动切换。当电流很小时，采用专用TA通道的电流，以保证测量精度；当电流较大时，软件自动选择普通TA通道的电流计算功率，并可兼顾其他保护中的功率元件，能满足电流很大时的线性范围。
4）其他措施
加强二次回路主汽门关闭辅助触点的维护，提高安装质量和触点材料的质量；发电机机端TV断线时除了发出告警信号外，还应闭锁逆功率继电器，防止误动。
