发电机并网顺控逻辑的优化

发电机并网顺控逻辑的优化
【摘要】湖南华电长沙发电有限公司#2 机组自07 年12 月25 日投运以来，为调整500kV 系统电压运行在
湘调规定的电压范围内，经常需要深度进相运行。

发电机并网时其顺控逻辑有时陷入死循环。

09 年03 月24 日#2 机
组并网过程中，发电机过激磁保护误动将已并网的发电机解列,延误了湘调给定的机组并网时间。

根据保护故障录波
图、保护动作报文对机组并网的全过程进行跟踪分析，发现了保护误动的原因和发电机并网顺控逻辑陷入死循环的
原因，探讨了发电机深度进相运行存在的问题，并根据现场实际情况提出了相应的防范措施。

【关键词】机组并网保护误动原因分析防范措施
0 前言
湖南华电长沙发电有限公司现装机容量为2×600MW 超临界机组，其#2 机组（保护采用成套进
口GE 公司的数字式保护装置，实现主、后备保护的完全双重化配置）经一台DFP-240000/500 型主
变压器升压至500KV 经华沙线送至沙坪变电站。

1 事故经过
09 年03 月24 日02 点30 分，操作员启动福克斯波罗有限公司编制的发电机并网顺控逻辑，02
点35 分50 秒发电机定时限过激磁保护出口，02 点36 分12 秒发电机反时限过激磁保护出口，将#2
机发-变组出口断路器5002 跳闸，发电机解列。

#2 机发-变组保护屏两套发电机保护出口逻辑箱动
作信号均为：“发电机过激磁保护”动作，G60 发电机主保护箱动作信号为“TRIP”(跳闸逻辑已动
作输出) ，“VOLTAGE”(电压达到启动值) ，事件记录见附图1、数据录波见附图2。

02 点38 分操
作员再次启动发电机并网顺控逻辑，并网后迅速减励磁，02 点43 分43 秒发电机定时限过激磁保护
出口，02 点43 分46 秒发电机定时限过激磁保护返回，并网成功，保护装置的事件记录见附图3。

2 保护误动原因分析
湖南华电长沙发电有限公司两台600MW 超临界机组均采用发-变组单元接线，发电机与主变压器
之间无断路器，发电机和主变压器共用一套过励磁保护，其整定值按发电机制造厂提供的发电机（发
电机过励磁能力较主变低）过激磁能力整定。

2.1 发电机过激磁保护整定值分析：
发电机过激磁保护整定依据：《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》4.8.1。

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发电机过激磁保护由定时限和反时限过激磁保护组成。

选G60 VOLTS/HZ 1 定时限过激磁元件为
低定值过激磁元件，低定值段的过激磁倍数取1.06 倍，动作5 秒作用于信号；选G60 VOLTS/HZ ２
反时限过激磁元件为高定值过激磁元件，动作于全停。

发电机反时限过激磁保护过激磁特性曲线：
U* f * 1.05 1.07 1.08 1.09 1.10 1.12 1.15 1.19 1.25
1
1.06
0.4
0.5
−⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛
=
V F
T
85 42.6 28.5 21.4 14.33 9.62 6.71 4.65
注：U*——电压标么值，
f * ——频率标么值
发电机制造厂提供的发电机过激磁能力曲线：
U* f * 1.05 1.07 1.08 1.09 1.10 1.12 1.15 1.19 1.25
发电机允许时间S 长期 60 45 30 20 15 10 7.5 5
注：
U* ——电压标么值，
f * ——频率标么值
从以上分析可知发电机反时限过激磁保护的过激磁特性曲线基本与发电机制造厂提供的发电机
过激磁能力曲线相近，符合继电保护技术规程2.1.2 继电保护应满足可靠性、灵敏性、速动性、选
择性的要求。

2.2 发电机过激磁保护录波分析：
从附图1 发电机过激磁保护跳闸事件记录分析可知：从02 点35 分45 秒发电机定时限保护启动
到02 点36 分12 秒发电机反时限保护出口共用27 秒，查发电机反时限过激磁保护过激磁特性曲线
可知，当时发电机的额定电压大约为1.1*22KV=24.2KV,500KV 系统侧电压大约为
1.1*500KV=550KV,
超过湖南省电力通讯调度局（以下简称湘调）给定相应时间电压上限550 KV -530 KV=20KV。

湘电调生【2009】89 号文对长沙电厂2009 年3 季度下达的电压曲线范围如下表：
电压控制上、下限 ( KV ) 日电压波动幅度
序号考核点厂站名称
7:15~22:00 22:01~7:14
11 长沙电厂 520---535 520---530
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附图1 第一次并网发电机反时限过激磁保护出口误跳5002 开关事件记录
附图2 第一次并网发电机反时限过激磁保护出口误跳5002 开关录波图
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从附图2 发电机反时限过激磁保护跳闸录波记录可准确的计算出发电机过激磁保护跳闸时发电
机出口电压为19.210 KV / 2 * 3 =23.53KV
23.53 KV /22 KV =1.07 超过发电机额定电压1.07 倍
#2 主变电压分接头有三个档位，1 档550/ 3 /22，2 档536.25/ 3 /22，3 档522.5/ 3 /22，目前运行在3 档522.5/ 3 /22。

故500 侧系统电压为（19.210 KV / 2 * 3 ）/22 KV *522.5 KV =558.8KV
超过湘调给定相应时间电压上限558.8 KV -530 KV =28.8KV。

从以上分析可知：发电机过激磁保护误动的原因是：电网电压过高，为满足同期并网条件，同
期控制器将待并网的发电机机端电压升得过高，满足了发电机过激磁保护的动作条件。

附图3 第二次并网发电机定时限过激磁保护起动事件记录
3 防止保护误动采取的防范措施
3.1 #2 机发-变组微机同期控制器整定值：
#2 机发-变组微机同期控制器采用深圳市智能设备开发有限公司生产的SID-2C 型。

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a、通道参数的开关合闸时间：原整定为84ms, 装置测试断路器合闸回路实际动作时间为136ms，
整定时间与实测时间相差136-84=52ms，即断路器在发电机与系统之间存在一定的相位差时就完成
合闸并网操作，对系统和发电机产生了不必要的冲击。

为实现机组平滑并网并减少冲击电流对系统和发电机的影响，现将通道参数的开关合闸时间整
定为断路器合闸回路实际动作时间136ms。

b、通道参数的允许压差：整定为+5%Ue, 即发电机端电压必须大于或等于系统电压时，同期装
置才能发出合闸指令，也是导致过激磁保护误动原因之一。

在保证不出现逆功率并网的情况下，根据500KV 系统无功过剩、系统电压高的特点，对同期控
制装置的允许压差定值修改为±5%Ue。

3.2 #2 主变调压分接头运行位置:
#2 机组并网前，500kV 系统电压经常高达540kV 以上，并网运行后，500kV 系统电压经常运行
在532～536.75KV 之间，#2 发电机机端电压运行在22.4～22.6kV 之间，为了调整500kV 系统电压
在湘调给定的电压曲线范围内，#2 发电机经常需要深度进相运行，有时甚至造成低励限制
动作报警。

a、发电机正常运行时,向系统提供有功的同时还提供无功,定子电流滞后于端电压一个角度,此
种状态即迟相运行.当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功,定子电
流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度,此种状态即进相运行.
发电机进相运行可有效地改善电网无功潮流分布，提高电网供电质量，是电网调节的一个强有
力的调节手段。

但为调整500kV 系统电压到湘调规定范围内，而深度进相运行，将使发电机的静态
稳定性（所谓电力系统电压的静态稳定性是指电力系统受到小干扰而引起电压变化时，负荷的无功
功率与电源的无功功率能否保持平衡或恢复平衡的问题）下降, 根据DL755—20001《电力系统安全
稳定导则》3.1.1 条规定，为了保证同步机在运行中由于励磁电流太小而与系统失去同步，规定同
步电机稳态正常运行时的静态稳定储备系数不小于20%，即
max ≥20%
−
=
o
o
P P
K P P
，式中t
o E U
P
χ
= max
，
sinδmax P P o = ，根据给定的KP 值，可计算出发电机的静态稳定边界的功角δ=56°，向量图见附图4、
附图5。

所以发电机深度进相运行其静态稳定储备系数不满足“电力系统安全稳定导则”的要求。

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b、发电机正常运行时机端电压过高，也是导致过激磁保护误动原因之一。

而且机端电压过高对
发电机本身极为不利，因为电压高了,会使发电机定子线圈、转子线圈及其铁心温度升高，加速发电
机绝缘的老化，影响发电机使用寿命,甚至造成绝缘击穿,烧坏发电机。

依据参考文献[1]可知：同步发电机在额定电压的95%~105%范围内仍能保持以额定功率运行，而改变变压器变比调压措施不需要设置任何附加设备、简单、经济、调压效果明显，因此将#2 主变
调压分接头位置由3 档522.5/√3/22 改为2 档536.25/√3/22。

调整后#2 发电机端电压运行在21.8~21.92kV 之间，500kV 系统电压运行在531.4~534.3KV 之间，
发电机基本不用进相就能满足湘调给定的电压曲线范围。

通过上述改进, 不仅有效的避免了发电机过激磁保护误动、提高了机组运行的静态稳定性、机
组并网的质量、机组并网的速度，还创造出非常可观的经济效益。

4 发电机并网顺控逻辑陷入死循环原因
实现快速并网对满足系统负荷供需平衡及减少机组空转能耗有重要意义，而湖南华电长沙发电
有限公司#2 机组每次并网必须多次启动福克斯波罗有限公司编制的发电机并网顺控逻辑及相关的
DEH 逻辑，延误了湘调给定的机组并网时间，并给机组的安全、经济运行带来了极大的安全隐患。

对机组的并网进行全过程跟踪，发现其主要原因是机组投产调试过程中，施工调试人员责任心
不强没有严格执行保护继电器检验项目和要求，造成同期控制装置的“ECS 选择同期调速”逻辑继
电器接点压力不够产生虚接，在启动机组顺控并网逻辑时，经常出现“同期请求”信号反馈量不到
位而陷入死循环，为防止类似事故的再次发生现已将两台机组同期控制装置至发电机起停机顺控逻
辑的信息量均采用双接点并联的硬接线方式引入。

5 结束语
发电机的并网是基于系统的需要，往往这种需要是紧迫的，有时系统的状况很脆弱，急需增加
发电容量，因此要求发电机以“最快”的速度“平稳”地并入电网，延长并网时间在系统稳定储备
不够时将带来严重后果，而且发电机空转损耗引起的能源浪费也不是一个小数目。

在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》继电保护实施细则2.11 条中强调应重视发电
厂的继电保护整定计算与管理工作，特别是与系统运行关系密切的保护，应认真校核这些保护与系
统保护的配合关系，并依据参考文献[2]《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》
（DL/T684-1999）
的规定，定期对所辖设备的整定值进行全面复算和校核。

在机组投产及大、小修过程中，应规范继
电保护专业人员在各个工作环节上的行为，及时编制、修订继电保护运行规程和典型工作票，在检
修工作中必须严格执行保护继电器检验规程及反事故措施和安全技术措施。

通过有秩序的工作和严
格的技术监督，杜绝继电保护人员因人为责任造成的“误碰、误整定、误接线”事故。

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参考文献：
[1] 陈珩. 电力系统稳态分析第二版[M] . 中国电力出版社，2006.
[2] 中华人民共和国电力行业标准 DL/T 684—1999 《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》。